JPWO2020154273A5 - - Google Patents

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JPWO2020154273A5
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(関連出願)
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる「Linear Motor」と題された2019年1月22に出願された米国仮特許出願第62/795,273号に対して優先権を主張する非仮特許出願である。
(Related Applications)
This application is a non-provisional patent application that claims priority to U.S. Provisional Patent Application No. 62/795,273, filed January 22, 2019, entitled "Linear Motor," which is incorporated herein by reference.

(発明の分野)
本発明は、一般に、材料試験システムに関する。より具体的には、本発明は、材料試験システム用のリニアモーターに関する。
FIELD OF THEINVENTION
The present invention relates generally to materials testing systems, and more particularly to linear motors for materials testing systems.

リニアモーターは、典型的には、材料試験システムにおいて利用される。これらの材料試験システムでは、リニアモーターは、試験体に結合可能な移動部内に前後運動を生じさせるために電気及び磁気を利用することが知られている。移動アセンブリは、移動部移動部のサスペンションシステムとの間の摺動又は転動接触なしに動作するように配置及び構成され得るという点で、「無摩擦」であってもよい。移動部を駆動するための曲げサスペンション構造体は、米国特許第6,405,599号に記載されているものなどが既知である。移動部が直接物理的に取り付けられているこれらの可撓性サスペンション構造体は、曲げサスペンション構造体の材料特性及び屈曲可能な性質に基づいて移動部の移動を制限し、移動部が、電磁力に起因して中心位置から移動するにつれて、曲げサスペンション構造体から移動部に対する抵抗力が大きくなる。 Linear motors are typically utilized in material testing systems, where they are known to utilize electricity and magnetism to create a back and forth motion in a moving part that can be coupled to a test specimen. The moving assembly may be "frictionless" in that it may be arranged and configured to operate without sliding or rolling contact between the moving part and the suspension system of the moving part . Flexural suspension structures for driving moving parts are known, such as those described in U.S. Pat. No. 6,405,599. These flexible suspension structures, to which the moving part is directly physically attached, limit the movement of the moving part based on the material properties and bendable nature of the flexural suspension structure, and as the moving part moves from a center position due to electromagnetic forces, the flexural suspension structure exerts increasing resistance on the moving part .

したがって、無摩擦特性を有するリニアモーター、並びにその使用方法及びその組み立て体は、当該技術分野において十分に受け入れられるであろう。 Thus, linear motors having frictionless characteristics, as well as methods of use and assemblies thereof, would be well-accepted in the art.

例示的な一実施形態では、試験装置は、ステータアセンブリと、リニアモーターの動作によってステータアセンブリに対して移動されるように構成された試験体に機械的に結合可能な移動部と、移動中に移動部に物理的に触れることなく、移動軸に沿ったステータアセンブリに対する移動部の移動を促進するように構成されたサスペンションシステムと、を備える。 In one exemplary embodiment, the test apparatus includes a stator assembly, a moving part mechanically coupleable to a test body configured to be moved relative to the stator assembly by operation of a linear motor, and a suspension system configured to facilitate movement of the moving part relative to the stator assembly along a movement axis without physically touching the moving part during movement.

加えて、又は代替的に、試験装置のサスペンションシステムは、移動部とサスペンションシステムとの間の摺動又は転動接触なしに、サスペンションシステムに対する移動部の移動を可能にするように構成された少なくとも1つのエアブッシングを含む。 Additionally or alternatively, the suspension system of the test apparatus includes at least one air bushing configured to allow movement of the moving part relative to the suspension system without sliding or rolling contact between the moving part and the suspension system.

加えて、又は代替的に、試験装置のサスペンションシステムは、移動軸に対して平行な第1の軸に沿って延在する第1の開口部を有するフレーム本体を含み、少なくとも1つのエアブッシングは、第1の開口部内に位置し、移動部は、第1の開口部内に延在する第1のエアブッシングシャフトを含む。 Additionally or alternatively, the suspension system of the test apparatus includes a frame body having a first opening extending along a first axis parallel to the axis of motion, at least one air bushing is located within the first opening, and the moving part includes a first air bushing shaft extending into the first opening.

加えて、又は代替的に、試験装置の少なくとも1つのエアブッシングは、第1の開口部の第1の端部に近接して位置する第1のエアブッシングと、第1の開口部の第2の端部に近接して位置する第2のエアブッシングとを含む。 Additionally or alternatively, at least one air bushing of the test apparatus includes a first air bushing located proximate a first end of the first opening and a second air bushing located proximate a second end of the first opening.

加えて、又は代替的に、試験装置のフレーム本体は、移動軸に対して平行な第2の軸に沿って延在する第2の開口部を含み、移動部は、第2の開口部内に延在する第2のエアブッシングシャフトを含み、第2の開口部は、第2の開口部の第1の端部に近接して位置する第3のエアブッシングと、第2の開口部の第2の端部に近接して位置する第4のエアブッシングと、を含む。 Additionally or alternatively, the frame body of the test apparatus includes a second opening extending along a second axis parallel to the movement axis, the movement portion includes a second air bushing shaft extending into the second opening, the second opening includes a third air bushing located proximate a first end of the second opening, and a fourth air bushing located proximate a second end of the second opening.

加えて、又は代替的に、試験装置の少なくとも1つのエアブッシングは、エアブッシングとフレーム本体との間のいくらかの移動が許容されるように、フレーム本体の第1の開口部内に設置される。 Additionally or alternatively, at least one air bushing of the test apparatus is positioned within the first opening of the frame body such that some movement is permitted between the air bushing and the frame body.

加えて、又は代替的に、試験装置の少なくとも1つのエアブッシングは、締まり嵌めでフレーム本体の第1の開口部内に着脱可能に取り付けられる。 Additionally or alternatively, at least one air bushing of the test apparatus is removably mounted within the first opening of the frame body with an interference fit.

加えて、又は代替的に、試験装置の少なくとも1つのエアブッシングは、中空円筒形状を有し、第1のエアブッシングシャフトは、少なくとも1つのエアブッシングの内半径よりも3~5ミクロン小さい半径を有する円筒形シャフトである。 Additionally or alternatively, at least one air bushing of the test apparatus has a hollow cylindrical shape and the first air bushing shaft is a cylindrical shaft having a radius that is 3 to 5 microns smaller than the inner radius of the at least one air bushing.

加えて、又は代替的に、試験装置のステータアセンブリは、第1のコイルサブアセンブリと第2のコイルサブアセンブリとを含み、移動部は、第1のコイルサブアセンブリと第2のコイルサブアセンブリとの間に位置して延在し、移動部は複数の永久磁石が上に配置された磁石フレームを含み、第1のエアブッシングシャフトは磁石フレームに対して平行に延在し、上端板及び底端板は、第1の空間が第1のエアブッシングシャフトと磁石フレームとの間で移動軸に対して平行に延在し、第2の空間が第2のエアブッシングと磁石フレームとの間で移動軸に対して平行に延在するように第1及び第2のエアブッシングシャフトを磁石フレームに接続し、試験装置は、第1のコイルサブアセンブリ及び第2のコイルサブアセンブリ及び移動部のコイルのうちの少なくとも1つを冷却する際に、少なくとも1つのエアブッシングを通る空気流を使用するように構成されたダクトシステムを更に備える。 Additionally or alternatively, the stator assembly of the test apparatus includes a first coil subassembly and a second coil subassembly, the moving part is located and extends between the first coil subassembly and the second coil subassembly, the moving part includes a magnet frame having a plurality of permanent magnets disposed thereon, the first air bushing shaft extends parallel to the magnet frame, the top end plate and the bottom end plate connect the first and second air bushing shafts to the magnet frame such that a first space extends parallel to the axis of movement between the first air bushing shaft and the magnet frame and a second space extends parallel to the axis of movement between the second air bushing and the magnet frame, and the test apparatus further includes a duct system configured to use air flow through the at least one air bushing in cooling at least one of the first and second coil subassemblies and the coils of the moving part .

加えて、又は代替的に、試験装置の移動部は、上端板及び底端板のうちの少なくとも1つから延在する試験体シャフトを含み、第5のエアブッシングは試験体シャフトを囲う。 Additionally or alternatively, the travel portion of the testing apparatus includes a specimen shaft extending from at least one of the top end plate and the bottom end plate, and the fifth air bushing surrounds the specimen shaft.

別の例示的な実施形態では、リニアモーターは、電力を受け取るように構成されたステータアセンブリと、ステータアセンブリに近接し、且つステータアセンブリが電力を受け取ると、ステータアセンブリに対して移動するように構成された移動部と、移動中に移動部に物理的に触れることなく、移動軸に沿ったステータアセンブリに対する移動部イオンの移動を促進するように構成されたサスペンションシステムと、を備える。 In another exemplary embodiment, a linear motor includes a stator assembly configured to receive power, a moving part configured to be proximate to the stator assembly and to move relative to the stator assembly when the stator assembly receives power, and a suspension system configured to facilitate movement of the moving part ions relative to the stator assembly along a movement axis without physically touching the moving part during movement.

加えて、又は代替的に、リニアモーターのサスペンションシステムは、移動部とサスペンションシステムとの間の摺動又は転動接触なしに、サスペンションシステムに対する移動部の移動を可能にするように構成された少なくとも1つのエアブッシングを含む。 Additionally or alternatively, the suspension system of the linear motor includes at least one air bushing configured to allow movement of the moving part relative to the suspension system without sliding or rolling contact between the moving part and the suspension system.

加えて、又は代替的に、リニアモーターのサスペンションシステムは、移動軸に対して平行な第1の軸に沿って延在する第1の開口部を有するフレーム本体を含み、少なくとも1つのエアブッシングは、第1の開口部内に位置し、移動部は、第1の開口部内に延在する第1のエアブッシングシャフトを含む。 Additionally or alternatively, the suspension system of the linear motor includes a frame body having a first opening extending along a first axis parallel to the axis of motion, at least one air bushing is located within the first opening, and the moving part includes a first air bushing shaft extending within the first opening.

加えて、又は代替的に、リニアモーターの少なくとも1つのエアブッシングは、第1の開口部の第1の端部に近接して位置する第1のエアブッシングと、第1の開口部の第2の端部に近接して位置する第2のエアブッシングとを含む。 Additionally or alternatively, at least one air bushing of the linear motor includes a first air bushing located proximate a first end of the first opening and a second air bushing located proximate a second end of the first opening.

加えて、又は代替的に、リニアモーターのフレーム本体は、移動軸に対して平行な第2の軸に沿って延在する第2の開口部を含み、移動部は、第2の開口部内に延在する第2のエアブッシングシャフトを含み、第2の開口部は、第2の開口部の第1の端部に近接して位置する第3のエアブッシングと、第2の開口部の第2の端部に近接して位置する第4のエアブッシングと、を含む。 Additionally or alternatively, the frame body of the linear motor includes a second opening extending along a second axis parallel to the movement axis, the movement portion includes a second air bushing shaft extending into the second opening, the second opening includes a third air bushing located proximate a first end of the second opening and a fourth air bushing located proximate a second end of the second opening.

加えて、又は代替的に、リニアモーターの少なくとも1つのエアブッシングは、エアブッシングとフレーム本体との間のいくらかの移動が許容されるように、フレーム本体の第1の開口部内に設置される。 Additionally or alternatively, at least one air bushing of the linear motor is positioned within the first opening in the frame body such that some movement is permitted between the air bushing and the frame body.

加えて、又は代替的に、リニアモーターの少なくとも1つのエアブッシングは、締まり嵌めでフレーム本体の第1の開口部内に着脱可能に取り付けられる。 Additionally or alternatively, at least one air bushing of the linear motor is removably mounted within the first opening of the frame body with an interference fit.

加えて、又は代替的に、リニアモーターの少なくとも1つのエアブッシングは、中空円筒形状を有し、第1のエアブッシングシャフトは、少なくとも1つのエアブッシングの内半径よりも3~5ミクロン小さい半径を有する円筒形シャフトである。 Additionally or alternatively, at least one air bushing of the linear motor has a hollow cylindrical shape and the first air bushing shaft is a cylindrical shaft having a radius that is 3 to 5 microns smaller than the inner radius of the at least one air bushing.

加えて、又は代替的に、リニアモーターのステータアセンブリは、第1のコイルサブアセンブリと第2のコイルサブアセンブリとを含み、移動部は、第1のコイルサブアセンブリと第2のコイルサブアセンブリとの間に位置して、延在し、移動部は複数の永久磁石が上に配置された磁石フレームを含み、第1のエアブッシングシャフトは磁石フレームに対して平行に延在し、上端板及び底端板は、第1の空間が第1のエアブッシングシャフトと磁石フレームとの間で移動軸に対して平行に延在し、第2の空間が第2のエアブッシングと磁石フレームとの間で移動軸に対して平行に延在するように第1及び第2のエアブッシングシャフトを磁石フレームに接続し、リニアモーターは、第1のコイルサブアセンブリ及び第2のコイルサブアセンブリ及び移動部のコイルのうちの少なくとも1つを冷却する際に、少なくとも1つのエアブッシングを通る空気流を使用するように構成されたダクトシステムを更に備える。 Additionally or alternatively, the stator assembly of the linear motor includes a first coil subassembly and a second coil subassembly, the moving part is located and extends between the first coil subassembly and the second coil subassembly, the moving part includes a magnet frame having a plurality of permanent magnets disposed thereon, the first air bushing shaft extends parallel to the magnet frame, the top end plate and the bottom end plate connect the first and second air bushing shafts to the magnet frame such that a first space extends parallel to the movement axis between the first air bushing shaft and the magnet frame and a second space extends parallel to the movement axis between the second air bushing and the magnet frame, and the linear motor further includes a duct system configured to use air flow through the at least one air bushing in cooling at least one of the first and second coil subassemblies and the coils of the moving part .

別の例示的な実施形態では、方法は、ステータアセンブリ、ステータアセンブリに近接する移動部、及びサスペンションシステムを提供することと、ステータアセンブリにより電力を受け取ることと、ステータアセンブリにより電力を受信した後に移動軸に沿って移動部をステータアセンブリに対して前後に移動させることと、移動中に移動部に物理的に触ることなく、移動部をサスペンションシステムで支持することとを含む。 In another exemplary embodiment, a method includes providing a stator assembly, a moving part proximate to the stator assembly, and a suspension system; receiving power by the stator assembly; moving the moving part back and forth relative to the stator assembly along a movement axis after receiving power by the stator assembly; and supporting the moving part with the suspension system without physically touching the moving part during movement.

別の例示的な実施形態では、試験装置は、ステータアセンブリを含む多相リニアモーターと、多相リニアモーターの動作によってステータアセンブリに対して移動されるように構成された試験体に機械的に結合可能な移動部と、移動部を支持し、ステータアセンブリに対する移動部の移動を制御するように構成されたサスペンションシステムであって、移動部とサスペンションシステムとの間の摺動又は転動接触なしに動作するように構成されているサスペンションシステムとを備える。 In another exemplary embodiment, a test apparatus includes a polyphase linear motor including a stator assembly, a moving part mechanically coupleable to a test body configured to be moved relative to the stator assembly by operation of the polyphase linear motor, and a suspension system configured to support the moving part and control movement of the moving part relative to the stator assembly, the suspension system configured to operate without sliding or rolling contact between the moving part and the suspension system.

加えて又は代替的に、試験装置の多相リニアモーターは三相リニアモーターである。 Additionally or alternatively, the polyphase linear motor of the test device is a three-phase linear motor.

加えて、又は代替的に、試験装置のステータアセンブリは、第1のコイルサブアセンブリと第2のコイルサブアセンブリとを含み、移動部は、第1のコイルサブアセンブリと第2のコイルサブアセンブリとの間に位置して延在し、移動部はその上に配置された複数の永久磁石を有する。 Additionally or alternatively, the stator assembly of the test apparatus includes a first coil subassembly and a second coil subassembly, the moving portion being positioned and extending between the first coil subassembly and the second coil subassembly, the moving portion having a plurality of permanent magnets disposed thereon.

加えて、又は代替的に、試験装置の第1のコイルサブアセンブリは、複数の垂直方向に配設された巻線が巻かれて第1のコイルスタックを生成する複数の極を含むラミネートされた磁気コアであり、第2のコイルサブアセンブリは、複数の垂直方向に配設された巻線が巻かれて第2のコイルスタックを生成する複数の極を含むラミネートされた磁気コアである。 Additionally or alternatively, the first coil subassembly of the test device is a laminated magnetic core including multiple poles around which multiple vertically arranged windings are wound to create a first coil stack, and the second coil subassembly is a laminated magnetic core including multiple poles around which multiple vertically arranged windings are wound to create a second coil stack.

加えて、又は代替的に、試験装置の第1のコイルアセンブリの磁気コアは、6つの極及び6つの垂直方向に配設された巻線を含み、第2のコイルアセンブリの磁気コアは、6つの極及び6つの垂直方向に配設された巻線を含み、第1及び第2のコイルスタックのそれぞれの頂部及び第4の巻線は、三相リニアモーターの第1の位相に接続され、第1及び第2のコイルスタックのそれぞれの第2及び第5の巻線は、三相リニアモーターの第2の位相に接続され、第1及び第2のコイルスタックのそれぞれの第3及び第6の巻線は、三相リニアモーターの第3の位相に接続される。 Additionally or alternatively, the magnetic core of the first coil assembly of the test device includes six poles and six vertically arranged windings, the magnetic core of the second coil assembly includes six poles and six vertically arranged windings, the top and fourth windings of each of the first and second coil stacks are connected to a first phase of a three-phase linear motor, the second and fifth windings of each of the first and second coil stacks are connected to a second phase of the three-phase linear motor, and the third and sixth windings of each of the first and second coil stacks are connected to a third phase of the three-phase linear motor.

加えて、又は代替的に、ギャップが試験装置の第1及び第2のコイルスタックの複数の垂直方向に配設された巻線のそれぞれの間に位置され、材料試験装置は、第1及び第2のコイルスタックの複数の垂直方向に配設された巻線のそれぞれの間に位置されたギャップを通じて冷却空気を提供するように構成された少なくとも1つの冷却ダクトを更に備える。 Additionally or alternatively, a gap is located between each of the multiple vertically arranged windings of the first and second coil stacks of the testing apparatus, and the material testing apparatus further comprises at least one cooling duct configured to provide cooling air through the gap located between each of the multiple vertically arranged windings of the first and second coil stacks.

加えて、又は代替的に、試験装置の複数の極のそれぞれは、その上に一体型冷却フィンが配置されたコイルボビンを含み、一体型冷却フィンは、巻線を通って巻線間のギャップ内に延在する。 Additionally or alternatively, each of the multiple poles of the test fixture includes a coil bobbin having integral cooling fins disposed thereon, the integral cooling fins extending through the windings and into the gaps between the windings.

加えて、又は代替的に、試験装置は、各ギャップ内に位置するポッティング材料と、各ギャップのポッティング材料内に埋め込まれた少なくとも1つのヒートパイプであって、第1及び第2のコイルスタックの複数の垂直方向に配設された巻線から熱を伝達するように構成された少なくとも1つのヒートパイプとを更に含む。 Additionally or alternatively, the test apparatus further includes a potting material located within each gap, and at least one heat pipe embedded within the potting material of each gap, the at least one heat pipe configured to transfer heat from the multiple vertically disposed windings of the first and second coil stacks.

加えて、又は代替的に、試験装置は、ヒートパイプそれぞれに取り付けられた少なくとも1つの冷却フィンであって、熱伝達を促進するように構成された少なくとも1つの冷却フィンを更に含む。 Additionally or alternatively, the test apparatus further includes at least one cooling fin attached to each of the heat pipes, the at least one cooling fin configured to facilitate heat transfer.

加えて、又は代替的に、試験装置の移動部のストロークは、少なくとも70mmである。 Additionally or alternatively, the stroke of the travel of the testing device is at least 70 mm.

加えて、又は代替的に、試験装置のサスペンションシステムは、移動部を支持するように構成された第1のサイドフレーム及び第2のサイドフレームを含み、第1及び第2のコイルアセンブリのそれぞれは、第1のサイドフレームと第2のサイドフレームとの間に位置し、サスペンションシステムは、第1及び第2のサイドフレーム及び第1及び第2のコイルアセンブリのそれぞれに取り付けるための上部搭載板を更に含み、サスペンションシステムは、第1及び第2のサイドフレーム及び第1及び第2のコイルアセンブリのそれぞれに更に取り付けられる。 Additionally or alternatively, the suspension system of the test apparatus includes a first side frame and a second side frame configured to support the moving part , each of the first and second coil assemblies being located between the first side frame and the second side frame, the suspension system further including an upper mounting plate for mounting to each of the first and second side frames and the first and second coil assemblies, the suspension system further being mounted to each of the first and second side frames and the first and second coil assemblies.

加えて、又は代替的に、試験装置の第1のサイドフレーム及び第2のサイドフレームはそれぞれ、I字形の断面を有し、第1の冷却ダクトは、第1のサイドフレームのI字形断面の第1の側部の頂部と底部との間に位置する空間が空気経路を画定するように、第1のサイドフレームに取り付けられており、第2の冷却ダクトは、第1のサイドフレームのI字形断面の第2の側部の頂部と底部との間に位置する空間が空気経路を画定するように第1のサイドフレームに取り付けられており、第3の冷却ダクトは、第2のサイドフレームのI字形断面の第1の側部の頂部と底部との間に位置する空間が空気経路を画定するように第2のサイドフレームに取り付けられており、第2の冷却ダクトは、第2のサイドフレームのI字形断面の第2の側部の頂部と底部との間に位置する空間が空気経路を画定するように、第2のサイドフレームに取り付けられている。 Additionally or alternatively, the first and second side frames of the test apparatus each have an I-shaped cross section, the first cooling duct is attached to the first side frame such that a space between the top and bottom of the first side of the I-shaped cross section of the first side frame defines an air path, the second cooling duct is attached to the first side frame such that a space between the top and bottom of the second side of the I-shaped cross section of the first side frame defines an air path, the third cooling duct is attached to the second side frame such that a space between the top and bottom of the first side of the I-shaped cross section of the second side frame defines an air path, and the second cooling duct is attached to the second side frame such that a space between the top and bottom of the second side of the I-shaped cross section of the second side frame defines an air path.

別の例示的な実施形態では、リニアモーターは、多相ステータアセンブリであって、複数のコアを有する少なくとも1つのスタックと、多相ステータアセンブリに近接し、多相ステータアセンブリに電力が供給されたときに多相ステータアセンブリに対して移動するように構成された移動部と、を含む多相ステータアセンブリと、移動部を支持し、多相ステータアセンブリに対して移動部の移動を制御するように構成されたサスペンションシステムであって、移動部とサスペンションシステムとの間の摺動又は転動接触なしに動作するように構成されている、サスペンションシステムと、を備える。 In another exemplary embodiment, a linear motor comprises a multi-phase stator assembly including at least one stack having a plurality of cores and a moving part adjacent to the multi-phase stator assembly and configured to move relative to the multi-phase stator assembly when power is supplied to the multi-phase stator assembly; and a suspension system configured to support the moving part and control movement of the moving part relative to the multi-phase stator assembly, the suspension system configured to operate without sliding or rolling contact between the moving part and the suspension system.

加えて又は代替的に、リニアモーターは三相リニアモーターであり、多相ステータアセンブリは三相ステータアセンブリである。 Additionally or alternatively, the linear motor is a three-phase linear motor and the multi-phase stator assembly is a three-phase stator assembly.

加えて、又は代替的に、リニアモーターの多相ステータアセンブリは、第1のコイルサブアセンブリと第2のコイルサブアセンブリとを含み、移動部は、第1のコイルサブアセンブリと第2のコイルサブアセンブリとの間に位置し、延在し、移動部はその上に配置される複数の永久磁石を含む。 Additionally or alternatively, the multi-phase stator assembly of the linear motor includes a first coil subassembly and a second coil subassembly, the moving portion being positioned and extending between the first coil subassembly and the second coil subassembly, and the moving portion including a plurality of permanent magnets disposed thereon.

加えて、又は代替的に、リニアモーターの第1のコイルサブアセンブリは、複数の垂直方向に配設された巻線が巻かれて第1のコイルスタックを生成する複数の極を含むラミネートされた磁気コアであり、第2のコイルサブアセンブリは、複数の垂直方向に配設された巻線が巻かれて第2のコイルスタックを生成する複数の極を含むラミネートされた磁気コアである。 Additionally or alternatively, the first coil subassembly of the linear motor is a laminated magnetic core including multiple poles around which multiple vertically arranged windings are wound to create a first coil stack, and the second coil subassembly is a laminated magnetic core including multiple poles around which multiple vertically arranged windings are wound to create a second coil stack.

加えて、又は代替的に、リニアモーターの第1のコイルアセンブリの磁気コアは、6つの極及び6つの垂直方向に配設された巻線を含み、第2のコイルアセンブリの磁気コアは、6つの極及び6つの垂直方向に配設された巻線を含み、第1及び第2のコイルスタックのそれぞれの頂部及び第4の巻線は、三相リニアモーターの第1の位相に接続され、第1及び第2のコイルスタックのそれぞれの第2及び第5の巻線は、三相リニアモーターの第2の位相に接続され、第1及び第2のコイルスタックのそれぞれの第3及び第6の巻線は、三相リニアモーターの第3の位相に接続される。 Additionally or alternatively, the magnetic core of the first coil assembly of the linear motor includes six poles and six vertically arranged windings, the magnetic core of the second coil assembly includes six poles and six vertically arranged windings, the top and fourth windings of each of the first and second coil stacks are connected to a first phase of the three-phase linear motor, the second and fifth windings of each of the first and second coil stacks are connected to a second phase of the three-phase linear motor, and the third and sixth windings of each of the first and second coil stacks are connected to a third phase of the three-phase linear motor.

加えて、又は代替的に、ギャップがリニアモーターの第1及び第2のコイルスタックの複数の垂直方向に配設された巻線のそれぞれの間に位置され、材料試験装置は、第1及び第2のコイルスタックの複数の垂直方向に配設された巻線のそれぞれの間に位置されたギャップを通じて冷却空気を提供するように構成された少なくとも1つの冷却ダクトを更に備える。 Additionally or alternatively, a gap is located between each of the multiple vertically arranged windings of the first and second coil stacks of the linear motor, and the material testing apparatus further comprises at least one cooling duct configured to provide cooling air through the gap located between each of the multiple vertically arranged windings of the first and second coil stacks.

加えて、又は代替的に、リニアモーターの移動部のストロークは、少なくとも70mmである。 Additionally or alternatively, the stroke of the moving part of the linear motor is at least 70 mm.

加えて、又は代替的に、方法は、多相ステータアセンブリと、多相ステータアセンブリに近接する移動部と、サスペンションシステムと、を有するリニアモーターを提供することと、多相ステータアセンブリにより電力を受け取ることと、多相ステータアセンブリにより電力を受信した後に、移動部を多相ステータアセンブリに対して移動軸に沿って前後に移動させることと、移動部とサスペンションシステムとの間に摺動又は転動接触が行われないように、多相ステータアセンブリに対する移動部の移動を制御することによって、移動部をサスペンションシステムで支持することと、を含む。 Additionally or alternatively, the method includes providing a linear motor having a multi-phase stator assembly, a moving part proximate to the multi-phase stator assembly, and a suspension system; receiving power by the multi-phase stator assembly; moving the moving part back and forth along a movement axis relative to the multi-phase stator assembly after receiving power by the multi-phase stator assembly; and supporting the moving part with the suspension system by controlling movement of the moving part relative to the multi-phase stator assembly such that there is no sliding or rolling contact between the moving part and the suspension system.

別の例示的な実施形態では、試験装置は、ステータアセンブリと、リニアモーターの動作によってステータアセンブリに対して移動するように構成された試験体に機械的に結合可能な移動部であって、ステータアセンブリによって生成された磁界に応じて、移動部に移動を生成するように構成された平坦な磁石のアレイを含む、移動部と、移動部を支持し、ステータアセンブリに対する移動部の移動を制御するように構成されたサスペンションシステムであって、移動部とサスペンションシステムとの間の摺動又は転動接触なしに動作するように構成されている、サスペンションシステムと、を含むリニアモーターを備える。 In another exemplary embodiment, a test apparatus includes a linear motor including a stator assembly, a moving part mechanically coupleable to a test body configured to move relative to the stator assembly by operation of the linear motor, the moving part including an array of flat magnets configured to generate movement in the moving part in response to a magnetic field generated by the stator assembly, and a suspension system configured to support the moving part and control movement of the moving part relative to the stator assembly, the suspension system configured to operate without sliding or rolling contact between the moving part and the suspension system.

加えて、又は代替的に、試験装置の移動部は、複数の磁石が移動部の第1の側から、及び第1の側とは反対側の移動部の第2の側から露出するように、複数の永久磁石が中に配置された磁石フレームを含む。 Additionally or alternatively, the moving portion of the testing apparatus includes a magnet frame having a plurality of permanent magnets disposed therein such that the plurality of magnets are exposed from a first side of the moving portion and from a second side of the moving portion opposite the first side.

加えて、又は代替的に、試験装置のアレイは、交互の極性で配置された二列の平坦なタイル磁石を含む。 Additionally or alternatively, the array of the test device includes two rows of flat tile magnets arranged with alternating polarities.

加えて、又は代替的に、試験装置の第1及び第2のアレイのそれぞれの平坦なタイル磁石は、平坦なタイル磁石のそれぞれの底縁部及び上縁部が平坦なタイル磁石の側縁部と直交しないように、歪められた様式で移動部に取り付けられる。 Additionally or alternatively, each flat tile magnet of the first and second arrays of the test device is mounted on the moving part in a distorted manner such that the bottom and top edges of each flat tile magnet are not perpendicular to the side edges of the flat tile magnet.

加えて、又は代替的に、試験装置の二列のアレイのそれぞれは、14個の平坦タイル磁石を含む。 Additionally or alternatively, each of the two row arrays of the test fixture includes 14 flat tile magnets.

加えて、又は代替的に、試験装置のステータアセンブリは、第1のコイルサブアセンブリと第2のコイルサブアセンブリとを含み、移動部は、第1のコイルサブアセンブリと第2のコイルサブアセンブリとの間に位置して、延在し、第1のコイルサブアセンブリは、複数の垂直方向に配設された巻線が巻かれて第1のコイルスタックを生成する複数の極を含み、第2のコイルサブアセンブリは、複数の垂直方向に配設された巻線が巻かれて第2のコイルスタックを生成する複数の極を含む。 Additionally or alternatively, the stator assembly of the test apparatus includes a first coil subassembly and a second coil subassembly, the moving portion being located and extending between the first coil subassembly and the second coil subassembly, the first coil subassembly including a plurality of poles around which a plurality of vertically arranged windings are wound to generate the first coil stack, and the second coil subassembly including a plurality of poles around which a plurality of vertically arranged windings are wound to generate the second coil stack.

加えて、又は代替的に、平坦磁石のアレイは、試験装置の移動部に沿って、第1及び第2のコイルスタックのそれぞれの第2の長さよりも長い第1の長さだけ延在する。 Additionally or alternatively, the array of planar magnets extends a first length along the moving portion of the test apparatus that is longer than the second lengths of each of the first and second coil stacks.

加えて、又は代替的に、試験装置の移動部は、第1のコイルアセンブリに近接した第1の側部を有する磁石フレームであって、第1の側部と反対側で第2のコイルアセンブリに近接した第2の側部を有する磁石フレームを含み、移動部は、第1のブッシングシャフト、第2のブッシングシャフト、上端板、及び底端板を更に含み、第1の空間が第1のブッシングシャフトと磁石フレームとの間で移動軸に対して平行に延在し、且つ第2の空間が、第2のエアブッシングシャフトと磁石フレームとの間で移動軸に対して平行に延在するように、上端板と底端板は第1及び第2のエアブッシングシャフトを磁石フレームに接続する。 Additionally or alternatively, the moving portion of the test apparatus includes a magnet frame having a first side proximate the first coil assembly and a second side opposite the first side proximate the second coil assembly, the moving portion further including a first bushing shaft, a second bushing shaft, a top end plate, and a bottom end plate, the top end plate and the bottom end plate connecting the first and second air bushing shafts to the magnet frames such that a first space extends parallel to the movement axis between the first bushing shaft and the magnet frame, and a second space extends parallel to the movement axis between the second air bushing shaft and the magnet frame.

加えて、又は代替的に、試験装置の移動部のストロークは、少なくとも70mmである。 Additionally or alternatively, the stroke of the travel of the testing device is at least 70 mm.

加えて、又は代替的に、試験装置の平坦磁石のそれぞれは、10mm~22mmの厚さを含み、平坦磁石のそれぞれは、永久ネオ磁石である。 Additionally or alternatively, each of the flat magnets of the test device includes a thickness between 10 mm and 22 mm, and each of the flat magnets is a permanent neo magnet.

別の例示的な実施形態では、リニアモーターは、電力を受け取るように構成されたステータアセンブリと、ステータアセンブリが電力を受け取ると、ステータアセンブリに対して移動するように構成された試験体に機械的に結合可能な移動部であって、ステータアセンブリによって生成された磁場に応答して移動部に移動を生じさせるように構成された平坦磁石のアレイを含む移動部と、移動部を支持し、ステータアセンブリに対する移動部の移動を制御するように構成されたサスペンションシステムと、を含む。サスペンションシステムは、移動部とサスペンションシステムとの間の摺動又は転動接触なしに動作するように構成される。 In another exemplary embodiment, a linear motor includes a stator assembly configured to receive electrical power, a moving part mechanically coupleable to a test body configured to move relative to the stator assembly when the stator assembly receives electrical power, the moving part including an array of planar magnets configured to cause movement in the moving part in response to a magnetic field generated by the stator assembly, and a suspension system configured to support the moving part and control movement of the moving part relative to the stator assembly, the suspension system configured to operate without sliding or rolling contact between the moving part and the suspension system.

加えて、又は代替的に、リニアモーターの移動部は、複数の磁石が移動部の第1の側から、及び第1の側とは反対側の移動部の第2の側から露出するように、その中に複数の永久磁石が配置された磁石フレームを含む。 Additionally or alternatively, the moving part of the linear motor includes a magnet frame having a plurality of permanent magnets disposed therein such that the plurality of magnets are exposed from a first side of the moving part and from a second side of the moving part opposite the first side.

加えて、又は代替的に、リニアモーターのアレイは、交互の極性で配置された二列の平坦なタイル磁石を含む。 Additionally or alternatively, the linear motor array includes two rows of flat tile magnets arranged with alternating polarities.

加えて、又は代替的に、リニアモーターの第1及び第2のアレイのそれぞれの平坦なタイル磁石は、平坦なタイル磁石のそれぞれの底縁部及び上縁部が平坦なタイル磁石の側縁部と直交しないように、歪められた様式で移動部に取り付けられる。 Additionally or alternatively, each flat tile magnet of the first and second arrays of the linear motor is attached to the moving part in a skewed manner such that the bottom and top edges of each flat tile magnet are not perpendicular to the side edges of the flat tile magnet.

加えて、又は代替的に、リニアモーターの二列のアレイのそれぞれは、14個の平坦タイル磁石を含む。 Additionally or alternatively, each of the two row arrays of the linear motor includes 14 flat tile magnets.

加えて、又は代替的に、リニアモーターのステータアセンブリは、第1のコイルサブアセンブリと第2のコイルサブアセンブリとを含み、移動部は、第1のコイルサブアセンブリと第2のコイルサブアセンブリとの間に位置して、延在し、第1のコイルサブアセンブリは、複数の垂直方向に配設された巻線が巻かれて第1のコイルスタックを生成する複数の極を含み、第2のコイルサブアセンブリは、複数の垂直方向に配設された巻線が巻かれて第2のコイルスタックを生成する複数の極を含む。 Additionally or alternatively, the stator assembly of the linear motor includes a first coil subassembly and a second coil subassembly, the moving portion being located and extending between the first coil subassembly and the second coil subassembly, the first coil subassembly including a plurality of poles around which a plurality of vertically arranged windings are wound to generate a first coil stack, and the second coil subassembly including a plurality of poles around which a plurality of vertically arranged windings are wound to generate a second coil stack.

加えて、又は代替的に、平坦磁石のアレイは、リニアモーターの移動部に沿って、第1及び第2のコイルスタックのそれぞれの第2の長さよりも長い第1の長さだけ延在する。 Additionally or alternatively, the array of planar magnets extends a first length along the moving portion of the linear motor that is longer than the second lengths of each of the first and second coil stacks.

加えて、又は代替的に、リニアモーターの移動部は、第1のコイルアセンブリに近接した第1の側部を有する磁石フレームであって、第1の側部と反対側で第2のコイルアセンブリに近接した第2の側部を有する磁石フレームを含み、移動部は、第1のブッシングシャフト、第2のブッシングシャフト、上端板、及び底端板を更に含み、第1の空間が第1のブッシングシャフトと磁石フレームとの間で移動軸に対して平行に延在し、且つ第2の空間が、第2のエアブッシングシャフトと磁石フレームとの間で移動軸に対して平行に延在するように、上端板と底端板は第1及び第2のエアブッシングシャフトを磁石フレームに接続する。 Additionally or alternatively, the moving part of the linear motor includes a magnet frame having a first side proximate the first coil assembly and a second side opposite the first side proximate the second coil assembly, the moving part further including a first bushing shaft, a second bushing shaft, a top end plate, and a bottom end plate, the top end plate and the bottom end plate connecting the first and second air bushing shafts to the magnet frames such that a first space extends parallel to the movement axis between the first bushing shaft and the magnet frame, and a second space extends parallel to the movement axis between the second air bushing shaft and the magnet frame.

加えて、又は代替的に、リニアモーターの移動部のストロークは、少なくとも70mmである。 Additionally or alternatively, the stroke of the moving part of the linear motor is at least 70 mm.

別の例示的な実施形態では、方法は、ステータアセンブリ、その上に平坦な磁石のアレイが配置されたステータアセンブリに近接する移動部、及びサスペンションシステムを提供することと、ステータアセンブリにより電力を受け取ることと、平坦な磁石のアレイを、ステータアセンブリによって生成された磁場に露出させることと、ステータアセンブリに対する移動部の前後移動を、平坦な磁石のアレイによって作ることと、移動部とサスペンションシステムとの間に摺動又は転動接触が行われないように、多相ステータアセンブリに対して移動部の移動を制御することによって、移動部をサスペンションシステムで支持することと、を含む。 In another exemplary embodiment, a method includes providing a stator assembly, a moving part proximate the stator assembly having an array of flat magnets disposed thereon, and a suspension system; receiving power by the stator assembly; exposing the array of flat magnets to a magnetic field generated by the stator assembly; creating back and forth movement of the moving part relative to the stator assembly by the array of flat magnets; and supporting the moving part with the suspension system by controlling the movement of the moving part relative to the multi-phase stator assembly such that there is no sliding or rolling contact between the moving part and the suspension system.

別の例示的な実施形態では、試験装置は、リニアモーターであって、ステータアセンブリと、リニアモーターの動作によってステータアセンブリに対して移動するように構成された試験体に機械的に結合可能な移動部と、を含むリニアモーターと、移動部を支持し、且つステータアセンブリに対する移動部の移動を制御するように構成されたサスペンションシステムであって、移動部とサスペンションシステムとの間の摺動又は転動接触なしに動作するように構成されているサスペンションシステムと、電力がリニアモーターに切断されると、移動部の移動の運動エネルギーを吸収するように構成された磁気減衰システムと、を有する。 In another exemplary embodiment, a test apparatus includes a linear motor including a stator assembly and a moving part mechanically coupleable to a test body configured to move relative to the stator assembly by operation of the linear motor, a suspension system configured to support the moving part and control the movement of the moving part relative to the stator assembly, the suspension system configured to operate without sliding or rolling contact between the moving part and the suspension system, and a magnetic damping system configured to absorb kinetic energy of the movement of the moving part when power is disconnected to the linear motor.

加えて、又は代替的に、試験装置の磁気減衰システムは、移動部の移動軸に対して平行なサスペンションシステムのフレーム上に配設された磁石アレイを含み、磁石アレイは、電力がリニアモーターに切断されたときに移動部の移動の運動エネルギーを吸収するように構成され、磁石アレイは、移動部の移動の制御を向上させるために、リニアモーターの動作中に減衰を提供するように構成されている。 Additionally or alternatively, the magnetic damping system of the test apparatus includes a magnet array disposed on a frame of the suspension system parallel to the axis of movement of the moving part , the magnet array configured to absorb kinetic energy of the movement of the moving part when power is disconnected to the linear motor, and the magnet array configured to provide damping during operation of the linear motor to improve control of the movement of the moving part .

加えて、又は代替的に、試験装置の磁気減衰システムの磁石アレイは、リニアモーターによる移動部の移動を作るために使用される磁石とは別個であり、磁石アレイは、移動部の移動軸に対して平行に延在する移動部の導電性の非磁性表面に近接して位置される。 Additionally or alternatively, the magnet array of the magnetic damping system of the test apparatus is separate from the magnets used to create the movement of the moving part by the linear motor, and the magnet array is positioned adjacent to a conductive non-magnetic surface of the moving part extending parallel to the axis of movement of the moving part .

加えて、又は代替的に、1cm未満のギャップが、磁石アレイと、試験装置の移動部の導電性の非磁性表面との間に存在する。 Additionally or alternatively, a gap of less than 1 cm exists between the magnet array and the conductive non-magnetic surface of the moving part of the test apparatus.

加えて、又は代替的に、試験装置のリニアモーターは三相リニアモーターであり、磁気減衰システムは、3つの位相のそれぞれへの電力を同時短絡させように構成されている。 Additionally or alternatively, the linear motor of the test device is a three-phase linear motor and the magnetic damping system is configured to simultaneously short out power to each of the three phases.

加えて、又は代替的に、試験装置のステータアセンブリは、第1のコイルサブアセンブリ及び第2のコイルサブアセンブリを含み、第1のコイルサブアセンブリは、複数の垂直方向に配設された巻線が巻かれて第1のコイルスタックを生成する複数の極を含み、第2のコイルサブアセンブリは、複数の垂直方向に配設された巻線が巻かれて第2のコイルスタックを形成する複数の極を含む。 Additionally or alternatively, the stator assembly of the test apparatus includes a first coil subassembly and a second coil subassembly, the first coil subassembly including a plurality of poles around which a plurality of vertically arranged windings are wound to create a first coil stack, and the second coil subassembly including a plurality of poles around which a plurality of vertically arranged windings are wound to create a second coil stack.

加えて、又は代替的に、電力が短絡された直後の第1のコイルサブアセンブリ及び第2のコイルサブアセンブリに対する試験装置の移動部の移動は、移動部の運動に抵抗する電流及び力を生成する電磁力を生成するように構成されている。 Additionally or alternatively, movement of the moving part of the test apparatus relative to the first coil subassembly and the second coil subassembly immediately after power is short-circuited is configured to generate an electromagnetic force that generates a current and a force that resists movement of the moving part .

加えて、又は代替的に、試験装置の磁気減衰システムは、移動部の第1の側に近接する移動部の移動軸に対して平行な、サスペンションシステムのフレーム上に配設された第1の磁石アレイを含み、磁気減衰システムは、移動部の第2の側に近接する移動部の移動軸に対して平行なサスペンションシステムのフレーム上に配設された第2の磁石アレイを含む。 Additionally or alternatively, the magnetic damping system of the test apparatus includes a first magnet array arranged on a frame of the suspension system parallel to the axis of movement of the moving part adjacent a first side of the moving part , and the magnetic damping system includes a second magnet array arranged on the frame of the suspension system parallel to the axis of movement of the moving part adjacent a second side of the moving part .

加えて、又は代替的に、試験装置の磁気減衰システムの第1及び第2の磁石アレイは、リニアモーターによる移動部の運動を生成するために使用される磁石とは別個であり、第1の磁石アレイは、移動部の移動軸に対して平行に延在する移動部の第1導電性の非磁性表面に近接して位置され、第2の磁石アレイは、移動部の移動軸に対して平行に延在する移動部の第2の導電性の非磁性表面に近接して位置され、磁石の第1及び第2のアレイは、電力がリニアモーターに切断されたときに、移動部の移動の運動エネルギーを吸収するように構成されている。 Additionally or alternatively, the first and second magnet arrays of the magnetic damping system of the testing apparatus are separate from the magnets used to generate movement of the moving part by the linear motor, the first magnet array is positioned proximate to a first conductive non-magnetic surface of the moving part extending parallel to the movement axis of the moving part , and the second magnet array is positioned proximate to a second conductive non-magnetic surface of the moving part extending parallel to the movement axis of the moving part , and the first and second arrays of magnets are configured to absorb kinetic energy of the movement of the moving part when power is cut to the linear motor.

加えて、又は代替的に、試験装置の磁石アレイの各磁石は、平坦なタイルの永久ネオ磁石である。 Additionally or alternatively, each magnet in the magnet array of the test fixture is a flat tile permanent neo magnet.

別の例示的な実施形態では、リニアモーターは、電力を受け取るように構成されたステータアセンブリと、ステータアセンブリが電力を受け取ると、ステータアセンブリに対して移動するように構成された試験体に機械的に結合可能な移動部と、移動部を支持し、ステータアセンブリに対する移動部の移動を制御するように構成されたサスペンションシステムであって、移動部とサスペンションシステムとの間の摺動又は転動接触なしに動作するように構成されたサスペンションシステムとを備え、磁気減衰システムは、電力がリニアモーターに切断されると、移動部運動の運動エネルギーを吸収するように構成されている。 In another exemplary embodiment, a linear motor includes a stator assembly configured to receive electrical power, a moving part mechanically coupleable to a test body configured to move relative to the stator assembly when the stator assembly receives electrical power, and a suspension system configured to support the moving part and control movement of the moving part relative to the stator assembly, the suspension system configured to operate without sliding or rolling contact between the moving part and the suspension system, and a magnetic damping system configured to absorb kinetic energy of the moving part movement when electrical power is disconnected to the linear motor.

加えて、又は代替的に、リニアモーターの磁気減衰システムは、移動部の移動軸に対して平行なサスペンションシステムのフレーム上に配設された磁石アレイを含み、磁石アレイは、電力がリニアモーターに切断されると移動部の移動の運動エネルギーを吸収するように構成されている。 Additionally or alternatively, the magnetic damping system of the linear motor includes a magnet array disposed on a frame of the suspension system parallel to the axis of movement of the moving part , the magnet array being configured to absorb kinetic energy of the movement of the moving part when power is disconnected to the linear motor.

加えて、又は代替的に、リニアモーターの磁気減衰システムの磁石アレイは、リニアモーターによる移動部の移動を生成するために使用される磁石とは別個であり、磁石アレイは、移動部の移動軸に対して平行に延在する移動部の導電性非磁性表面に近接して位置される。 Additionally or alternatively, the magnet array of the magnetic damping system of the linear motor is separate from the magnets used to generate the movement of the moving part by the linear motor, and the magnet array is positioned adjacent to a conductive non-magnetic surface of the moving part extending parallel to the axis of movement of the moving part .

加えて、又は代替的に、1cm未満のギャップが、磁石のアレイとリニアモーターの移動部の導電性非磁性表面との間に存在する。 Additionally or alternatively, a gap of less than 1 cm exists between the array of magnets and the conductive non-magnetic surface of the moving part of the linear motor.

加えて、又は代替的に、リニアモーターは三相リニアモーターであり、磁気減衰システムは、3つの位相のそれぞれへの電力を同時に短絡するように構成されている。 Additionally or alternatively, the linear motor is a three-phase linear motor and the magnetic damping system is configured to simultaneously short-circuit power to each of the three phases.

加えて、又は代替的に、リニアモーターのステータアセンブリは、第1のコイルサブアセンブリ及び第2のコイルサブアセンブリを含み、第1のコイルサブアセンブリは、複数の垂直方向に配設された巻線が巻かれて第1のコイルスタックを生成する複数の極を含み、第2のコイルサブアセンブリは、複数の垂直方向に配設された巻線が巻かれて第2のコイルスタックを形成する複数の極を含む。 Additionally or alternatively, the stator assembly of the linear motor includes a first coil subassembly and a second coil subassembly, the first coil subassembly including a plurality of poles around which a plurality of vertically arranged windings are wound to create a first coil stack, and the second coil subassembly including a plurality of poles around which a plurality of vertically arranged windings are wound to create a second coil stack.

加えて、又は代替的に、電力が短絡された直後の第1のコイルサブアセンブリ及び第2のコイルサブアセンブリに対するリニアモーターの移動部の移動は、移動部の運動に抵抗する電流及び力を生成する電磁力を生成するように構成されている。 Additionally or alternatively, movement of the moving part of the linear motor relative to the first coil subassembly and the second coil subassembly immediately after power is shorted is configured to generate an electromagnetic force that generates a current and a force that resists the movement of the moving part .

加えて、又は代替的に、リニアモーターの磁気減衰システムは、移動部の第1の側に近接する移動部の移動軸に対して平行な、サスペンションシステムのフレーム上に配設された第1の磁石アレイを含み、磁気減衰システムは、移動部の第2の側に近接する移動部の移動軸に対して平行なサスペンションシステムのフレーム上に配設された第2の磁石アレイを含む。 Additionally or alternatively, the magnetic damping system of the linear motor includes a first magnet array arranged on a frame of the suspension system parallel to the axis of movement of the moving part adjacent a first side of the moving part , and the magnetic damping system includes a second magnet array arranged on the frame of the suspension system parallel to the axis of movement of the moving part adjacent a second side of the moving part .

加えて、又は代替的に、リニアモーターの磁気減衰システムの第1及び第2の磁石アレイは、リニアモーターによる移動部の移動を生成するために使用される磁石とは別個であり、第1の磁石アレイは、移動部の移動軸に対して平行に延在する移動部の第1導電性の非磁性表面に近接して位置され、第2の磁石アレイは、移動部の移動軸に対して平行に延在する移動部の第2の導電性の非磁性表面に近接して位置され、第1及び第2の磁石アレイは、電力がリニアモーターに切断されたときに、移動部の移動の運動エネルギーを吸収するように構成されている。 Additionally or alternatively, the first and second magnet arrays of the magnetic damping system of the linear motor are separate from the magnets used to generate the movement of the moving part by the linear motor, the first magnet array is positioned adjacent to a first conductive non-magnetic surface of the moving part extending parallel to the movement axis of the moving part and the second magnet array is positioned adjacent to a second conductive non-magnetic surface of the moving part extending parallel to the movement axis of the moving part, and the first and second magnet arrays are configured to absorb kinetic energy of the movement of the moving part when power is cut to the linear motor.

別の例示的な実施形態では、方法は、ステータアセンブリ、ステータアセンブリに近接する移動部、サスペンションシステム、及び磁気減衰システムを提供することと、ステータアセンブリにより電力を受け取ることと、ステータアセンブリによる電力の受信の後に、ステータアセンブリに対して移動部を前後に移動させることと、移動部とサスペンションシステムとの間で摺動接触又は転動が行われないように、ステータアセンブリに対する移動部の移動を制御することによって、移動部をサスペンションシステムで支持することと、ステータアセンブリへの電力を切断することと、電力がリニアモーターに切断されると磁気減衰システムによって移動部の移動の運動エネルギーを吸収することと、方法。 In another exemplary embodiment, a method includes providing a stator assembly, a moving part proximate to the stator assembly, a suspension system, and a magnetic damping system; receiving power by the stator assembly; moving the moving part back and forth relative to the stator assembly after receiving power by the stator assembly; supporting the moving part with the suspension system by controlling the movement of the moving part relative to the stator assembly such that there is no sliding contact or rolling between the moving part and the suspension system; disconnecting power to the stator assembly; and absorbing kinetic energy of the movement of the moving part by the magnetic damping system when power is disconnected to the linear motor.

本発明の上記及び更なる利点は、添付図面と併せて以下の説明を参照することによってよりよく理解され得るが、ここで、同様の参照番号は、様々な図面における同様の要素及び特徴を示す。明確にするために、全ての図では、全ての要素がラベル付けされなくてもよい。また、図面は必ずしも縮尺通りではなく、代わりに、一般に、本発明の原理を例示するにあたって強調されている。 The above and further advantages of the present invention may be better understood by reference to the following description in conjunction with the accompanying drawings, in which like reference numerals indicate like elements and features in the various drawings. For purposes of clarity, not every element may be labeled in every figure. Also, the drawings are not necessarily to scale, emphasis instead generally being placed on illustrating the principles of the invention.

一実施形態に係る、リニアモーターの斜視図を示す。FIG. 1 illustrates a perspective view of a linear motor, according to one embodiment. 一実施形態に係る、矢印A-Aで取られた図1のリニアモーターの切欠図を示す。2 illustrates a cutaway view of the linear motor of FIG. 1 taken at arrows AA, according to one embodiment. 一実施形態に係る、冷却ダクトが示されている図1のリニアモーターの斜視図を示す。FIG. 2 illustrates a perspective view of the linear motor of FIG. 1 with cooling ducts shown, according to one embodiment. 一実施形態に係る、上面を露呈させる、図1及び3のリニアモーターの第1のサイドフレームの斜視図を示す。FIG. 4 illustrates a perspective view of a first side frame of the linear motor of FIGS. 1 and 3 , revealing the top surface, according to one embodiment. 一実施形態に係る、下面を露呈させる、図1及び3のリニアモーターの第2のサイドフレームの斜視図を示す。FIG. 4 illustrates a perspective view of a second side frame of the linear motor of FIGS. 1 and 3 , revealing the underside, according to one embodiment. 一実施形態に係る、上側を露呈するように配向された上板及び下板間に接続されている、図4及び5の第1及び第2のサイドフレームを含むフレームサブアセンブリの斜視図を示す。FIG. 6 illustrates a perspective view of a frame subassembly including the first and second side frames of FIGS. 4 and 5 connected between upper and lower plates oriented to expose the upper side, according to one embodiment. 一実施形態に係る、下側を露呈するように配向された図6のフレームサブアセンブリの斜視図を示す。FIG. 7 illustrates a perspective view of the frame subassembly of FIG. 6 oriented to reveal an underside, according to one embodiment. 一実施形態に係る、垂直開口部内に配設された2つのエアブッシングを示す、図4の第1のサイドフレームの斜視切欠図を示す。FIG. 5 illustrates a perspective cutaway view of the first side frame of FIG. 4 showing two air bushings disposed within the vertical opening, according to one embodiment. 一実施形態に係る、図1及び3のリニアモーターの移動部の斜視図を示す。FIG. 4 shows a perspective view of the moving part of the linear motor of FIGS. 1 and 3 according to one embodiment. 一実施形態に係る、図9の移動部の磁石フレームの斜視図を示す。FIG. 10 shows a perspective view of a magnet frame of the moving part of FIG. 9 according to one embodiment. 一実施形態に係る、図10の磁石フレームの磁石アレイの一部分の拡大斜視図を示す。FIG. 11 illustrates an enlarged perspective view of a portion of the magnet array of the magnet frame of FIG. 10 according to one embodiment. 一実施形態に係る、図1及び3のリニアモーターのコイルサブアセンブリの斜視図を示す。FIG. 4 illustrates a perspective view of a coil subassembly of the linear motor of FIGS. 1 and 3 according to one embodiment. 一実施形態に係る、図12のコイルサブアセンブリの一部の側面図を示す。FIG. 13 illustrates a side view of a portion of the coil subassembly of FIG. 12 according to one embodiment. 一実施形態に係る、図12のコイルアセンブリの一体型冷却フィンを有するコイルボビンの斜視図を示す。FIG. 13 illustrates a perspective view of a coil bobbin with integrated cooling fins of the coil assembly of FIG. 12 according to one embodiment. 一実施形態に係る、ヒートパイプ及び追加の冷却フィンを有する図12のコイルサブアセンブリの斜視図を示す。FIG. 13 illustrates a perspective view of the coil subassembly of FIG. 12 with heat pipes and additional cooling fins according to one embodiment. 一実施形態に係る、図1及び3のリニアモーターの三相モーターの電気的概略図を示す。FIG. 4 illustrates an electrical schematic of a three-phase motor of the linear motor of FIGS. 1 and 3 , according to one embodiment.

本発明の実施形態は、試験システム、より具体的には無摩擦材料取り扱いシステムの技術分野内で多数の進歩を提供する。本明細書では、無摩擦材料試験システムは、A)被試験材料に結合可能な移動部分(移動部など)と、B)移動部分を支持するサスペンションシステムとの間で接触(摺動、転動など)せずに動作するように構成された材料試験システムである。本明細書に記載される無摩擦材料試験システムを含む材料試験システムは、試験中の材料、デバイス、装置、又は他の被試験物体上に前後の線形力及び/又は動きを行うように構成されてもよい。無摩擦材料試験システムは、摺動又は転動接触で動作するシステムと比較して、優れた信頼性、感度、及び清浄度を有することが分かっている。 DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention provides numerous advances within the field of testing systems, and more specifically, frictionless material handling systems. As used herein, a frictionless material testing system is a material testing system configured to operate without contact (sliding, rolling, etc.) between A) a moving part (e.g., a moving section ) that can be coupled to a material under test, and B) a suspension system that supports the moving part. Material testing systems, including the frictionless material testing systems described herein, may be configured to exert a back and forth linear force and/or motion on a material, device, apparatus, or other object under test under test. Frictionless material testing systems have been found to have superior reliability, sensitivity, and cleanliness compared to systems that operate with sliding or rolling contact.

従来技術の無摩擦材料試験システムは、従来、試験体に結合された移動部分と、サスペンションシステムとの間で制御された移動を作り出すための既知の概念が可撓性サスペンション構成要素の間に磁石キャリアを取り付けることを必要とするためがあるサスペンションシステムとのから、ストローク範囲において制限されてきた。磁石キャリアによって保持された1つ以上の磁石が、単相リニアモーターによって作られた磁場にさらされると、可撓性サスペンション構成要素は屈曲する。この構成は無摩擦(すなわち、曲げ可撓性サスペンション構成要素は、どの接触ベースの摩擦を付与しない)であるが、移動範囲は、可撓性サスペンション構成要素の材料特性によって制限されている。 Prior art frictionless material testing systems have traditionally been limited in stroke range due to the fact that the moving parts coupled to the test specimen and the suspension system require the mounting of a magnet carrier between the flexible suspension components, as known concepts for creating controlled movement between the suspension system require the mounting of a magnet carrier between the flexible suspension components. When one or more magnets held by the magnet carrier are exposed to a magnetic field created by a single-phase linear motor, the flexible suspension components bend. While this configuration is frictionless (i.e., the bending flexible suspension components do not impart any contact-based friction), the range of movement is limited by the material properties of the flexible suspension components.

本発明は、ストローク範囲が増加した無摩擦材料試験システムを提供する。本明細書に記載される本システムは、移動部とサスペンションシステムとの間にどの可撓性サスペンション構成要素を直接接続することを必要としない。むしろ、本発明の実施形態は、どの可撓性サスペンション支持体とも直接接続されていないサスペンションシステムに対して移動する移動部を含む。 The present invention provides a frictionless material testing system with an increased stroke range. The system described herein does not require any flexible suspension components to be directly connected between the moving part and the suspension system. Rather, embodiments of the present invention include a moving part that moves relative to a suspension system that is not directly connected to any flexible suspension support.

本発明の実施形態は、所望のより長いストローク距離を提供するように構成された複数のコアのスタックを有する多相リニアモーターを含む材料試験システムを有する。例えば、本発明は、三相リニアモーターを含む材料試験システムを有し、モーターの各相は、コイルのスタック内の1つ以上の巻線又はコイルを制御する。多数の相は、単相モーターで達成可能であるよりも大きな垂直ストローク距離にわたって移動部の制御を提供することができる。 An embodiment of the present invention includes a material testing system that includes a multi-phase linear motor having a stack of multiple cores configured to provide a desired longer stroke distance. For example, the present invention includes a material testing system that includes a three-phase linear motor, where each phase of the motor controls one or more windings or coils in the stack of coils. The multiple phases can provide control of the moving parts over a larger vertical stroke distance than is achievable with a single-phase motor.

本明細書に記載される実施形態は、摺動摩擦を伴うことなくより大きいストローク距離にわたって移動部の移動を制御するための、エアブッシングサスペンションシステムによって支持される移動部を有する無摩擦材料試験システムを有する。移動部がリニアモーターによって給電される場合、エアブッシングサスペンションシステムは、磁気吸引によって生ずる移動部の曲げ又はねじれを防止し、移動部と1つ以上のステータアセンブリとの間の距離を維持するように構成される。 The embodiments described herein include a frictionless material testing system having a moving part supported by an air bushing suspension system for controlling the movement of the moving part over a larger stroke distance without sliding friction. When the moving part is powered by a linear motor, the air bushing suspension system is configured to prevent bending or twisting of the moving part caused by magnetic attraction and to maintain a distance between the moving part and one or more stator assemblies.

本発明の実施形態は、磁気移動部を移動させるためのコイルの1つ以上のスタックを含むステータアセンブリを有するリニアモーターと一体化するための磁気移動部を有する無摩擦材料試験システムを更に含む。本発明の実施形態は、斜めに配置された平坦なタイル磁石のアレイを用いることを含む。本明細書に記載される磁気移動部は、磁石が移動部の2つの対向する側部又は表面上に露出するように磁石フレームを通って延在する磁石アレイを更に含み、2つの対向する側部又は表面のそれぞれは、それぞれのステータコイルスタックに近接している。 An embodiment of the present invention further includes a frictionless material testing system having a magnetic transfer part for integration with a linear motor having a stator assembly including one or more stacks of coils for moving the magnetic transfer part . An embodiment of the present invention includes using an array of diagonally arranged flat tile magnets. The magnetic transfer part described herein further includes a magnet array extending through the magnet frame such that the magnets are exposed on two opposing sides or surfaces of the transfer part , each of the two opposing sides or surfaces being proximate to a respective stator coil stack.

本明細書で更に説明するのは、無摩擦材料試験システムが停止されたときに減衰を提供するための磁気減衰システムを含む、停止又は制動システムを有する無摩擦材料試験システムである。実施形態は、移動に対抗し移動部を減速させる力を生成するために、システムの移動部の移動によって生成される電磁力を使用することを含む。多相リニアモーターを使用する実施形態では、無摩擦材料試験システムの実施形態は、同時に各位相への電力を切断又は短絡するように構成されているシステムを含む。 Further described herein is a frictionless material testing system having a stopping or braking system that includes a magnetic damping system for providing damping when the frictionless material testing system is stopped. Embodiments include using electromagnetic forces generated by the movement of a moving part of the system to generate a force that opposes the movement and slows the moving part . In embodiments that use a multi-phase linear motor, embodiments of the frictionless material testing system include a system configured to disconnect or short power to each phase simultaneously.

無摩擦材料試験システムのリニアモーターを冷却するための冷却アプローチを更に説明する。本明細書に記載される冷却システムは、サスペンションシステムのエアブッシングに供給されるリサイクルされた空気を利用して、巻線又はコイルなどのリニアモーターの構成要素を冷却する。本発明の冷却システムの実施形態に対する他の新規のアプローチは、熱除去を最適化するためのフィンを有するコイルボビン、及びコイルスタックの巻線間に位置するギャップから延在するヒートパイプ、及びそれに取り付けられた追加の冷却フィンを利用することを含む。 Further describing a cooling approach for cooling the linear motor of the frictionless material testing system. The cooling system described herein utilizes recycled air supplied to the air bushings of the suspension system to cool components of the linear motor, such as the windings or coils. Other novel approaches to embodiments of the cooling system of the present invention include utilizing a coil bobbin with fins to optimize heat removal, and a heat pipe extending from a gap located between the windings of the coil stack, and additional cooling fins attached thereto.

ここで、添付図面に示されるような、その例示的な実施形態を参照して、本教示をより詳細に説明する。本教示は、様々な実施形態及び実施例と併せて記載されているが、本教示はそのような実施形態に限定されることを意図するものではない。反対に、本教示は、当業者に理解されるように、様々な代替物、変更態様、及び等価物を包含する。本明細書の教示にアクセスすることができる当業者には、本明細書に記載される本開示の範囲内である、追加の実装、変更態様、及び実施形態、並びに他の使用分野が理解されるであろう。 The present teachings will now be described in more detail with reference to exemplary embodiments thereof, as illustrated in the accompanying drawings. While the present teachings have been described in conjunction with various embodiments and examples, it is not intended that the present teachings be limited to such embodiments. On the contrary, the present teachings encompass various alternatives, modifications, and equivalents, as will be appreciated by those of skill in the art. Those having skill in the art with access to the teachings herein will recognize additional implementations, modifications, and embodiments, as well as other fields of use, that are within the scope of the disclosure described herein.

「一実施形態」又は「実施形態」への明細書における言及は、実施形態に関連して説明される特定の、特徴、構造、又は特性が、教示の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書内の特定の実施形態への言及は、必ずしも全てが同じ実施形態を指すわけではない。 Any reference in the specification to "one embodiment" or "an embodiment" means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with an embodiment is included in at least one embodiment of the teachings. References to particular embodiments within this specification do not necessarily all refer to the same embodiment.

ここで図面を参照するに、図1は、一実施形態に係るリニアモーター100を含む材料試験装置10の斜視図を示す。リニアモーター100は、移動部200と、サスペンションシステム300と、ステータアセンブリ400と、を含むように示されている。移動部200は、試験体(図示せず)に機械的に結合可能な底端部から延在する出力シャフト210を含む。移動部200及びそれにより出力シャフト210は、本明細書に記載されるように、移動軸500に沿ってリニアモーター100の動作によって前後に移動されるように構成される。移動部200のストローク長さは、一実施形態では、70mmより大きくてもよい。他の実施形態では、移動部200のストローク長さは、80mm、90mm、又は100mmより大きくてもよい。材料試験装置10は、所与の試験体又は材料に対して試験を適切に行うために、任意の必要なストローク長さで構成されてもよい。 Referring now to the drawings, FIG. 1 shows a perspective view of a materials testing apparatus 10 including a linear motor 100 according to one embodiment. The linear motor 100 is shown to include a moving portion 200, a suspension system 300, and a stator assembly 400. The moving portion 200 includes an output shaft 210 extending from a bottom end that can be mechanically coupled to a test specimen (not shown). The moving portion 200, and thereby the output shaft 210, are configured to be moved back and forth by the operation of the linear motor 100 along a translation axis 500, as described herein. The stroke length of the moving portion 200 may be greater than 70 mm in one embodiment. In other embodiments, the stroke length of the moving portion 200 may be greater than 80 mm, 90 mm, or 100 mm. The materials testing apparatus 10 may be configured with any necessary stroke length to adequately perform a test on a given specimen or material.

サスペンションシステム300は、移動部200を支持し、移動部200とサスペンションシステム300との間の摺動又は転動接触などの任意の接触を有さないように、ステータアセンブリ400に対する移動部200の移動を制御するように構成されている。移動軸500に沿って移動することにより、移動部200は、試験体に力を加えるように構成され得、移動軸500に沿って運動又は機械的応力のいずれか(又はその両方)を誘導する。 The suspension system 300 is configured to support the moving part 200 and control the movement of the moving part 200 relative to the stator assembly 400 without any contact, such as sliding or rolling contact, between the moving part 200 and the suspension system 300. By moving along the movement axis 500, the moving part 200 can be configured to apply a force to a test specimen, inducing either a motion or a mechanical stress (or both) along the movement axis 500.

リニアモーター100、移動部200、サスペンションシステム300、及びステータアセンブリ400は、以降の図でより詳細に示される。出力シャフト210と試験体との間の機械的取り付けは、従来通りであってもよい。例えば、試験体の構成は、実施されるべき特定の材料試験に依存し得る。試験体は、任意の材料、構成要素、治具、固定具、デバイスなどと見なすことができる。 The linear motor 100, traveler 200, suspension system 300, and stator assembly 400 are shown in more detail in subsequent figures. The mechanical attachment between the output shaft 210 and the test specimen may be conventional. For example, the configuration of the test specimen may depend on the particular material test to be performed. The test specimen may be considered to be any material, component, jig, fixture, device, etc.

移動部200は、磁石フレーム214内に位置された、さもなければ別の方法で配設された磁石アレイ212を有する磁気デバイスであってもよい。図示されていないが、磁石アレイ212は、移動部200の反対側に磁石フレーム214を通って延在する。移動部200の片側のみが示されているが、移動部200は、図に示されるように、移動軸500及び移動軸に対して垂直な水平軸510の両方に対して平行に延在する第1の対称面について、幾何学的に左右対称又は実質的に左右対称であってもよい。移動部200はまた、移動軸500、及び移動軸に対して垂直で且つ第1の移動軸に対して更に垂直な第2の水平軸520と平行に延在する第2の対称面について磁気的及び幾何学的に左右対称又は実質的に左右対称でもよい。 The moving part 200 may be a magnetic device having a magnet array 212 positioned or otherwise arranged within a magnet frame 214. Although not shown, the magnet array 212 extends through the magnet frame 214 on the opposite side of the moving part 200. Although only one side of the moving part 200 is shown, the moving part 200 may be geometrically symmetrical or substantially symmetrical about a first plane of symmetry extending parallel to both the movement axis 500 and a horizontal axis 510 perpendicular to the movement axis, as shown in the figure. The moving part 200 may also be magnetically and geometrically symmetrical or substantially symmetrical about a second plane of symmetry extending parallel to the movement axis 500 and a second horizontal axis 520 perpendicular to the movement axis and further perpendicular to the first movement axis.

移動部200は、第1のサイドフレーム310及び第2のサイドフレーム312を含むサスペンションシステム300によって定位置に保持される。第1及び第2のサイドフレーム310、312は、移動部200を支持するように構成されている。サスペンションシステム300は、移動部200をその内部に受容する少なくとも1つの開口部(例えば、図6及び7に示される第1及び第2の移動部開口部395、397)を含む構造体(例えば、第1及び第2のサイドフレーム310、312)であってもよいが)、他の実施形態も想到される。ステータアセンブリ400内のコイルスタックは、第1のサイドフレーム310と第2のサイドフレーム312との間に位置する。サスペンションシステム300は、第1及び第2のサイドフレーム310、312及びステータアセンブリ400を取り付ける、接続する、さもなければ搭載するための上部搭載板314及び底部搭載板316を更に含む。 The moving part 200 is held in place by a suspension system 300 including a first side frame 310 and a second side frame 312. The first and second side frames 310, 312 are configured to support the moving part 200. The suspension system 300 may be a structure (e.g., the first and second side frames 310, 312) including at least one opening (e.g., the first and second moving part openings 395, 397 shown in Figs. 6 and 7) for receiving the moving part 200 therein, although other embodiments are contemplated. The coil stack in the stator assembly 400 is located between the first and second side frames 310, 312. The suspension system 300 further includes a top mounting plate 314 and a bottom mounting plate 316 for attaching, connecting, or otherwise mounting the first and second side frames 310, 312 and the stator assembly 400.

図示する実施形態では、リニアモーター100は三相リニアモーターである。図2は、一実施形態に係る、矢印A-Aで取られた図1のリニアモーター100の切欠図を示す。リニアモーター100は、第1のコイルスタック410を有する第1のコイルサブアセンブリ414と、移動部200の磁石フレーム214の両側に露出した磁石アレイ212の2つの対向する側部に近接している、ステータアセンブリ400内に収容された第2のコイルスタック412を有する第2のコイルサブアセンブリ416とを含む。電力を受けると、ステータアセンブリ400のコイルスタックは、磁気移動部200の移動を提供する。 In the illustrated embodiment, the linear motor 100 is a three-phase linear motor. Figure 2 shows a cutaway view of the linear motor 100 of Figure 1 taken at arrows A-A according to one embodiment. The linear motor 100 includes a first coil subassembly 414 having a first coil stack 410 and a second coil subassembly 416 having a second coil stack 412 housed within a stator assembly 400 adjacent two opposing sides of the magnet array 212 exposed on either side of the magnet frame 214 of the moving part 200. When powered, the coil stacks of the stator assembly 400 provide the movement of the magnetic moving part 200.

第1のコイルサブアセンブリ414は、6つの別個の巻線420a、420b、420c、420d、420e、420fがそれぞれ巻かれ、第1のコイルスタック410を生成する6つの別個の極418a、418b、418c、418d、418e、418fを有する第1のラミネートされた磁気コア422を含む。同様に、第2のコイルサブアセンブリ416は、6つの別個の巻線426a、426b、426c、426d、426e、426fがそれぞれ巻かれ、第2のコイルスタック412を生成する6つの別個の極424a、424b、424c、424d、424e、424fを有する第2のラミネートされた磁気コア422を含む。図示するように、第1の相Aは、第1及び第2のコイルスタック410、412のそれぞれの上部巻線420a、426aに、第4の巻線420d、426dと共に頂部から接続される。第2の相Bは、第1及び第2のコイルスタック410、412のそれぞれの頂部420b、426bからの第2の巻線に、第5の巻線420e、426eと共に頂部から接続される。第3の相Cは、第1及び第2のコイルスタック410、412のそれぞれの頂部420c、426cからの第3の巻線に、第6の巻線420f、426fと共に頂部から接続される。 The first coil subassembly 414 includes a first laminated magnetic core 422 having six separate poles 418a, 418b, 418c, 418d, 418e, 418f wound with six separate windings 420a, 420b, 420c, 420d, 420e, 420f, respectively, which generate the first coil stack 410. Similarly, the second coil subassembly 416 includes a second laminated magnetic core 422 having six separate poles 424a, 424b, 424c, 424d, 424e, 424f wound with six separate windings 426a, 426b, 426c, 426d, 426e, 426f, respectively, which generate the second coil stack 412. As shown, the first phase A is connected from the top to the top winding 420a, 426a of the first and second coil stacks 410, 412, respectively, along with the fourth winding 420d, 426d. The second phase B is connected from the top to the second winding from the top 420b, 426b of the first and second coil stacks 410, 412, respectively, along with the fifth winding 420e, 426e. The third phase C is connected from the top to the third winding from the top 420c, 426c of the first and second coil stacks 410, 412, respectively, along with the sixth winding 420f, 426f.

図示するように、磁石アレイ212の磁石のそれぞれは、直接隣接する磁石に対して逆の又は反対の極性を含む。具体的には、磁石アレイ212は、それぞれ2つの磁石の14個の列を含む。他の実施形態は、それぞれ2つの磁石の14個の列より多い又は少ない列を含んでもよい。例えば、リニアモーター100のより短いストロークバージョンは、13個、12個、11個、10個以下の磁石対を含んでもよい。リニアモーターのより長いストロークバージョンは、15個、16個、17個、18個、19個、20個以上の磁石対を含んでもよい。この三相構成は、移動部200の磁石アレイ212と相互作用する磁場を生成し、移動部200を移動軸500に沿って上下(すなわち前後)に移動させる。磁石アレイ212は、第1及び第2のコイルスタック410、412のそれぞれに対して所定のギャップ許容差内に近接して配置されてもよい。ギャップスパンは、磁石アレイ212が可能な限り、動作中に第1及び第2のコイルスタック410、412の一方又は他方に、より引き寄せられるのを防ぐために、厳しい許容差で維持されてもよい。磁石アレイ212の各側部とコイルスタック410、412との間に完全に等しいギャップを作り出すことは不可能であり得るが、サスペンションシステム300の横方向の剛性は、わずかに不均等なギャップによって生成された横方向の力を支持するように構成されてもよい。エアブッシングを含む(以下により詳細に記載される)サスペンションシステム300の横方向の剛性は、不均等なギャップによって生ずる任意の横方向力を相殺するのに十分に高くてもよい。 As shown, each of the magnets in the magnet array 212 includes an opposite or opposite polarity relative to the magnets directly adjacent to it. Specifically, the magnet array 212 includes 14 rows of two magnets each. Other embodiments may include more or less than 14 rows of two magnets each. For example, a shorter stroke version of the linear motor 100 may include 13, 12, 11, 10 or fewer magnet pairs. A longer stroke version of the linear motor may include 15, 16, 17, 18, 19, 20 or more magnet pairs. This three-phase configuration generates a magnetic field that interacts with the magnet array 212 of the moving part 200 to move the moving part 200 up and down (i.e., back and forth) along the moving axis 500. The magnet array 212 may be positioned proximate to each of the first and second coil stacks 410, 412 within a predetermined gap tolerance. The gap span may be maintained to tight tolerances to prevent the magnet array 212 from being attracted more to one or the other of the first and second coil stacks 410, 412 during operation as much as possible. While it may be impossible to create perfectly equal gaps between each side of the magnet array 212 and the coil stacks 410, 412, the lateral stiffness of the suspension system 300 may be configured to support the lateral forces created by a slightly uneven gap. The lateral stiffness of the suspension system 300, including the air bushings (described in more detail below), may be high enough to counteract any lateral forces caused by an uneven gap.

図示される実施形態は三相ステータアセンブリ400を備える三相リニアモーターを含むが、移動部200、サスペンションシステム300、及びステータアセンブリ400に関連する本明細書に記載される原理は、単相リニアモーター、又は任意の他の多相リニアモーターに組み込まれてもよい。三相システムは、ストローク長が重要ではない用途において、単相システムよりも高いストローク長さを達成することが可能であることが発見されたが、本発明の様々な実施形態から逸脱することなく、単相リニアモーターが使用されてもよい。 Although the illustrated embodiment includes a three-phase linear motor with a three-phase stator assembly 400, the principles described herein relating to the moving part 200, suspension system 300, and stator assembly 400 may be incorporated into a single-phase linear motor, or any other multi-phase linear motor. Although it has been discovered that a three-phase system is capable of achieving a higher stroke length than a single-phase system in applications where stroke length is not critical, a single-phase linear motor may also be used without departing from various embodiments of the present invention.

図3は、一実施形態に係る冷却ダクト318、320、322が示されている、図1のリニアモーター100の斜視図を示す。冷却ダクト318、320、322は、サスペンションシステム300の第1のサイドフレーム310及び第2のサイドフレーム312のそれぞれに着脱可能に取り付け可能な特徴であってもよい。図示するように、第1の冷却ダクト318は、第1のサイドフレーム310の前側に取り付けられ、第2の冷却ダクト320は、第1のサイドフレーム310の裏側に取り付けられている。同様に、第3の冷却ダクト322は、第2のサイドフレーム312の前側に取り付けられて示されている。隠れているが、第4の冷却ダクトは、第2のサイドフレーム312の裏側に取り付けられてもよい。冷却ダクト318、320、322のそれぞれは、空気が内部を通って移動するための通路を提供し得る。冷却ダクト318、320、322を通る空気の循環、循環、及び/又は送風を促進するために、各冷却ダクト318、320、322にそれぞれ取り付けられているファン324、326、328が示されている。 3 shows a perspective view of the linear motor 100 of FIG. 1, with cooling ducts 318, 320, 322 shown according to one embodiment. The cooling ducts 318, 320, 322 may be removably attachable features to each of the first and second side frames 310, 312 of the suspension system 300. As shown, the first cooling duct 318 is attached to the front side of the first side frame 310, and the second cooling duct 320 is attached to the back side of the first side frame 310. Similarly, the third cooling duct 322 is shown attached to the front side of the second side frame 312. Although hidden, a fourth cooling duct may be attached to the back side of the second side frame 312. Each of the cooling ducts 318, 320, 322 may provide a passage for air to move through the interior. Fans 324, 326, 328 are shown mounted in each cooling duct 318, 320, 322, respectively, to facilitate air circulation, recirculation, and/or blowing through the cooling ducts 318, 320, 322.

図4及び5をここで参照するに、図4は、一実施形態に係る、上面330が露呈された図1及び3のリニアモーター100の第1のサイドフレーム310の斜視図を示す。図5は、一実施形態に係る、下面332が露呈された図1及び3のリニアモーター100の第2のサイドフレーム310の斜視図を示す。第1及び第2のサイドフレーム310、312は、同じ寸法及び特徴を有する左右対称構成要素であってもよい。他の実施形態では、第1及び第2のサイドフレーム310、312はそれぞれ、1つ以上の固有の特徴、寸法など(図示せず)を含んでもよい。 Referring now to Figures 4 and 5, Figure 4 illustrates a perspective view of the first side frame 310 of the linear motor 100 of Figures 1 and 3 with the upper surface 330 exposed, according to one embodiment. Figure 5 illustrates a perspective view of the second side frame 310 of the linear motor 100 of Figures 1 and 3 with the lower surface 332 exposed, according to one embodiment. The first and second side frames 310, 312 may be symmetrical components having the same dimensions and characteristics. In other embodiments, the first and second side frames 310, 312 may each include one or more unique features, dimensions, etc. (not shown).

サスペンションシステム300の第1及び第2のサイドフレーム310、312は、ダクト318、320、322からステータアセンブリ400の巻線420a、420b、420c、420d、420e、420f、426a、426b、426c、426d、426e、426fのそれぞれの間に位置するギャップ内及び/又は磁石アレイ212の磁石上への空気の流れをサポートするように寸法決めされてもよい。これを達成するために、第1及び第2のサイドフレーム310、312は、それぞれI字形の断面を含んでもよい。したがって、第1及び第2のサイドフレーム310、312それぞれは、それぞれ上部分340、342と、それぞれ中間部344、346と、それぞれ下部分348、350とを含む。再び図3を参照すると、冷却ダクト318、320、322は、第1及び第2のサイドフレーム310、312が冷却ダクト318、320、322からステータアセンブリ400及び/又は磁石アレイ212への空気通路を画定するように、I字形断面の頂部と底部との間に取り付けられる。他の実施形態では、第1及び第2のサイドフレーム310、312の形状は、示される実施形態よりも固体であってもよく、空気の流れを促進するために開口部、スロット、ポートなどを含んでもよい。 The first and second side frames 310, 312 of the suspension system 300 may be dimensioned to support air flow from the ducts 318, 320, 322 into the gaps located between the windings 420a, 420b, 420c, 420d, 420e, 420f, 426a, 426b, 426c, 426d, 426e, 426f of the stator assembly 400 and/or over the magnets of the magnet array 212. To achieve this, the first and second side frames 310, 312 may each include an I-shaped cross section. Thus, each of the first and second side frames 310, 312 includes an upper portion 340, 342, respectively, an intermediate portion 344, 346, respectively, and a lower portion 348, 350, respectively. Referring again to FIG. 3, the cooling ducts 318, 320, 322 are attached between the top and bottom of the I-shaped cross section such that the first and second side frames 310, 312 define an air passage from the cooling ducts 318, 320, 322 to the stator assembly 400 and/or magnet array 212. In other embodiments, the shape of the first and second side frames 310, 312 may be more solid than in the embodiment shown and may include openings, slots, ports, etc. to facilitate air flow.

更に図4及び5を参照するに、第1のサイドフレーム310は、エアブッシング336aが内部に配設される第1の開口部334を含み、第2のサイドフレーム312は、内部に別のエアブッシング336bが配設される第2の開口部338を含む。第1及び第2の開口部334、338は、円筒形のエアブッシング336a、336b(以下、一般にエアブッシング336)をそれぞれ受容するように構成された円形断面を有する円筒形開口部である。しかしながら、他の実施形態では、他の形状の開口部が想到される。例えば、三角形又は矩形の開口部が、本明細書に記載される様々な発明概念の範囲から逸脱することなく、円筒形のエアブッシング336を利用するのではなく、対向する平坦な軸受のアレイを有する第1及び第2のサイドフレーム310、312内で使用されてもよい。 4 and 5, the first side frame 310 includes a first opening 334 having an air bushing 336a disposed therein, and the second side frame 312 includes a second opening 338 having another air bushing 336b disposed therein. The first and second openings 334, 338 are cylindrical openings having circular cross sections configured to receive cylindrical air bushings 336a, 336b (hereinafter generally referred to as air bushings 336), respectively. However, in other embodiments, openings of other shapes are contemplated. For example, triangular or rectangular openings may be used in the first and second side frames 310, 312 having arrays of opposing flat bearings rather than utilizing cylindrical air bushings 336 without departing from the scope of the various inventive concepts described herein.

第1及び第2のサイドフレーム310、312のそれぞれは、リニアモーター100への電力が切断されたときに移動部200の移動から運動エネルギーを吸収するように構成された磁気減衰システムを更に含む。具体的には、磁気減衰システムは、移動部200の移動軸500に対して平行な第1及び第2のサイドフレーム310、312のそれぞれの上に一方が配置された、磁石380a、380bの2つのアレイとして示される。電力が切断されたときに運動エネルギーを吸収することに加えて、磁気減衰システムは、不安定性を低減し、リニアモーター100をより安定させるように構成されてもよい。例えば、通常動作中、磁気減衰システムは、システム制御を改善するために最適な減衰量を提供するよう、ギャップを調整することによって、又は異なる数若しくはタイプの磁石を使用することによってチューニングされてもよい。 Each of the first and second side frames 310, 312 further includes a magnetic damping system configured to absorb kinetic energy from the movement of the moving part 200 when power to the linear motor 100 is cut off. Specifically, the magnetic damping system is shown as two arrays of magnets 380a, 380b, one disposed on each of the first and second side frames 310, 312 parallel to the axis of movement 500 of the moving part 200. In addition to absorbing kinetic energy when power is cut off, the magnetic damping system may be configured to reduce instabilities and make the linear motor 100 more stable. For example, during normal operation, the magnetic damping system may be tuned by adjusting the gap or by using a different number or type of magnets to provide an optimal amount of damping to improve system control.

図4は、第1のサイドフレーム310上に配設された磁石380aの第1のアレイを明確に示しているが、第2のサイドフレーム312は磁石380bの第2のアレイを含む(図6により、より明瞭に示される)。磁石380a、380bのアレイそれぞれにおける各磁石は、平坦なタイルの永久ネオ磁石として示されている。これらの磁石380a、380bのアレイは、リニアモーター100による移動部200の移動を生じさせるために移動部200によって利用される磁石アレイ212とは別個である。磁石380a、380bのアレイのそれぞれは、リニアモーター100が組み立てられ動作しているときに移動部200の移動軸500に対して平行に延在する移動部200の導電性非磁性表面に近接して位置されてもよい。小さなギャップ(例えば、1cm未満、5cm未満、又は25cm未満)が、磁石380a、380bのアレイのそれぞれと、それらが近接して位置される(図10でより明確に示され、以下に記載される)移動部200の導電性非磁性表面との間に存在する。磁石380a、380bの第1及び第2のアレイは、移動部200の導電性非磁性表面の運動によって引き起こされる渦電流を利用して移動に抵抗し、それによって停止状態の間に移動する移動部に減衰効果を生ずるように構成されてもよい。磁石380a、380bの第1及び第2のアレイのそれぞれに示される磁石の数は12個であるが、より多くの又はより少ない磁石が配備されてもよい。磁石380a、380bのアレイのそれぞれは、第1及び第2のサイドフレーム310a、310bのそれぞれの磁石保持面382a、382b上に垂直方向に配設された単一の列の磁石を含む。磁石保持面382a、382bは、リニアモーター100が組み立てられ動作するときに移動部200に近接する第1及び第2のサイドフレーム310a、310bのそれぞれの表面から延在する垂直方向に寸法決めされた突出部であってもよい。 While FIG. 4 clearly shows a first array of magnets 380a disposed on the first side frame 310, the second side frame 312 includes a second array of magnets 380b (more clearly shown in FIG. 6). Each magnet in each of the arrays of magnets 380a, 380b is shown as a flat tile permanent neo-magnet. These arrays of magnets 380a, 380b are separate from the magnet array 212 utilized by the moving part 200 to cause the linear motor 100 to move the moving part 200. Each of the arrays of magnets 380a, 380b may be positioned adjacent to a conductive non-magnetic surface of the moving part 200 that extends parallel to the axis of movement 500 of the moving part 200 when the linear motor 100 is assembled and in operation. A small gap (e.g., less than 1 cm, less than 5 cm, or less than 25 cm) exists between each of the arrays of magnets 380a, 380b and the conductive non-magnetic surface of the moving part 200 to which they are located in close proximity (as shown more clearly in FIG. 10 and described below). The first and second arrays of magnets 380a, 380b may be configured to utilize eddy currents induced by the motion of the conductive non-magnetic surface of the moving part 200 to resist movement, thereby creating a damping effect on the moving part during a stopped state. The number of magnets shown in each of the first and second arrays of magnets 380a, 380b is 12, although more or fewer magnets may be provided. Each of the arrays of magnets 380a, 380b includes a single row of magnets vertically disposed on the magnet holding surfaces 382a, 382b of the first and second side frames 310a, 310b, respectively. The magnet retention surfaces 382a, 382b may be vertically sized protrusions extending from a surface of each of the first and second side frames 310a, 310b that is adjacent the moving part 200 when the linear motor 100 is assembled and in operation.

第1及び第2のサイドフレーム310、312の上面及び下面はそれぞれ、1つ以上の位置合わせピン352、354を含んでもよい。例えば、第1のサイドフレーム310の上面330は、第1のサイドフレーム310と上板356との間の取り付けを容易にするための第1の位置合わせピン352を含む。第2のサイドフレーム312の下面332は、第2のサイドフレーム312と下板358との間の取り付けを容易にするための第2の位置合わせピン354を含むように示されている。第1のサイドフレーム310の上面のみが示されており、第2のサイドフレーム312の下面332が示されているが、位置合わせピンはまた、第1のサイドフレーム310の下面及び第2のサイドフレーム312の上面に含まれてもよいことを理解されたい。第1及び第2のサイドフレーム310、312のそれぞれの上面及び下面は、第1及び第2のサイドフレーム310、312を上板及び下板356、358に取り付けるために、ねじ付きねじ、ボルトなどの取り付け機構を受容するために、例えば、ねじ山が付けられた開口部360を更に含んでもよい。 The upper and lower surfaces of the first and second side frames 310, 312 may each include one or more alignment pins 352, 354. For example, the upper surface 330 of the first side frame 310 includes a first alignment pin 352 to facilitate attachment between the first side frame 310 and the upper plate 356. The lower surface 332 of the second side frame 312 is shown to include a second alignment pin 354 to facilitate attachment between the second side frame 312 and the lower plate 358. Although only the upper surface of the first side frame 310 and the lower surface 332 of the second side frame 312 are shown, it should be understood that alignment pins may also be included on the lower surface of the first side frame 310 and the upper surface of the second side frame 312. The upper and lower surfaces of each of the first and second side frames 310, 312 may further include, for example, threaded openings 360 to receive attachment mechanisms such as threaded screws, bolts, etc., for attaching the first and second side frames 310, 312 to the upper and lower plates 356, 358.

第1及び第2のサイドフレーム310、312はそれぞれ、第1の開口部334及び第2の開口部338内にそれぞれ配設されるように構成された各エアブッシング336のために、2つの空気供給開口部384を含む。空気供給開口部384は、空気源(図示せず)からエアブッシング336に強制空気を供給するように構成されてもよい。空気供給開口部384は、空気を直接受容するように構成されてもよく、あるいは、空気を通過させるように構成されたチューブ、パイプ、又は他のデバイスを受容するように構成されてもよい。第1及び第2のサイドフレーム310、312は、第1の開口部334及び第2の開口部338内に配設されるように構成された各ブッシングのための3つの圧力解放開口部386を更に含む。空気供給開口部384及び圧力解放開口部386は、図7に示され、以下でより詳細に説明される。 The first and second side frames 310, 312 each include two air supply openings 384 for each air bushing 336 configured to be disposed within the first opening 334 and the second opening 338, respectively. The air supply openings 384 may be configured to supply forced air to the air bushing 336 from an air source (not shown). The air supply openings 384 may be configured to directly receive air or may be configured to receive a tube, pipe, or other device configured to pass air therethrough. The first and second side frames 310, 312 further include three pressure relief openings 386 for each bushing configured to be disposed within the first opening 334 and the second opening 338. The air supply openings 384 and the pressure relief openings 386 are shown in FIG. 7 and described in more detail below.

図6は、一実施形態に係る、上側362を露呈するように配向された上板及び下板356、358の間に接続されている、図4及び5の第1及び第2のサイドフレーム310、312を含むフレームサブアセンブリ370の斜視図を示す。図7は、一実施形態に係る、下側364を露呈するように配向された上板及び下板356、358の間に接続されている、図4及び5の第1及び第2のサイドフレームを含むフレームサブアセンブリ370の斜視図を示す。上板及び下板356、358は、第1及び第2のサイドフレーム310、312を一緒に取り付けるように構成され、また、ステータアセンブリ300の第1及び第2のコイルスタック410、412を取り付けるための取り付け場所も提供する。したがって、上板及び下板356、358は、例えば、フレームサブアセンブリ370を組み立てるための取り付けねじ、ボルト、又は、更にフレームサブアセンブリ370を材料試験システム10の他の構成要素(図示せず)に取り付けるための他の機構を受容するよう、例えば、ねじ山が付けられた様々な開口部を含んでもよい。 6 shows a perspective view of a frame subassembly 370 including the first and second side frames 310, 312 of FIGS. 4 and 5 connected between upper and lower plates 356, 358 oriented to expose the upper side 362, according to one embodiment. FIG. 7 shows a perspective view of a frame subassembly 370 including the first and second side frames 310, 312 of FIGS. 4 and 5 connected between upper and lower plates 356, 358 oriented to expose the lower side 364, according to one embodiment. The upper and lower plates 356, 358 are configured to attach the first and second side frames 310, 312 together and also provide mounting locations for mounting the first and second coil stacks 410, 412 of the stator assembly 300. Thus, the upper and lower plates 356, 358 may include various openings, e.g., threaded, to receive mounting screws, bolts, for assembling the frame subassembly 370, or other mechanisms for further attaching the frame subassembly 370 to other components (not shown) of the materials testing system 10.

上板及び下板356、358はそれぞれ、組み立てを容易にするために、複数のx、y場所の開口部368a、368b、368c及びクロッキングスロット366a、366b、366cを含んでもよい。x、y場所の開口部368a、368b、368cは、円形ピンを受容するために円形の開口部であってもよく、ピンがそれらの位置で延在する板356、358とサイドフレーム310、312との間の移動を防止することができる。クロッキングスロット336a、336b、336cは、移動方向に沿って細長く、ピンがそれらの位置で延在する板356、358とサイドフレーム310、312との間にいくらかの移動を提供することができる。 The upper and lower plates 356, 358 may each include multiple x,y location openings 368a, 368b, 368c and clocking slots 366a, 366b, 366c to facilitate assembly. The x,y location openings 368a, 368b, 368c may be circular openings to receive circular pins and prevent movement between the plates 356, 358 and the side frames 310, 312 through which the pins extend. The clocking slots 336a, 336b, 336c may be elongated along the direction of movement and provide some movement between the plates 356, 358 and the side frames 310, 312 through which the pins extend.

リニアモーター100及びそのフレームサブアセンブリ370を組み立てるために、移動部200がフレームサブアセンブリ370内に配置された後、ピンが下板358のx、y場所の開口部368b、368c及びクロッキングスロット336b、336cのそれぞれに挿入されてもよい。次いで、ピンは、上板356のx、y場所開口部368a及びクロッキングスロット366aに挿入されてもよい。ピンがクロッキングスロット336a、336b、336c及びx、y場所開口部368a、368b、368cを通って配置されると、リニアモーター100を組み立てる方法は、第1及び第2の垂直開口部334、338内のエアブッシング336を励起することを含む。この空気圧は、クロッキングスロット366a、366b、366cによって提供される制限された動きと併せて、システムを整列させてもよく、その後、上板及び下板356、356は、ボルト、ねじなどで完全に締め付けられてもよい。 To assemble the linear motor 100 and its frame subassembly 370, after the travel portion 200 is placed within the frame subassembly 370, pins may be inserted into the x,y location openings 368b, 368c and the clocking slots 336b, 336c, respectively, of the lower plate 358. The pins may then be inserted into the x,y location openings 368a and the clocking slots 366a of the upper plate 356. Once the pins are placed through the clocking slots 336a, 336b, 336c and the x,y location openings 368a, 368b, 368c, the method of assembling the linear motor 100 includes exciting the air bushings 336 in the first and second vertical openings 334, 338. This air pressure, in conjunction with the limited movement provided by the clocking slots 366a, 366b, 366c, may align the system after which the upper and lower plates 356, 356 may be fully tightened with bolts, screws, or the like.

上板及び下板356、358はそれぞれ、同じ寸法及び特徴を含んでもよい。例えば、上板及び下板356、358はそれぞれ、移動部シャフトを内部に受容するように構成された2つの移動部シャフト開口部394a、394b、394c、394dを含んでもよい。組み立てられると、第1のサイドフレーム310の第1の開口部334は、移動部シャフト開口部394a、394cと位置合わせされ、第2のサイドフレーム312の第2の開口部338は移動部シャフト開口部394b、394dと位置合わせされ、それぞれが上板356のそれぞれ、それぞれの第1及び第2のサイドフレーム310、312及び下板358を通って延在する左右の集合的な垂直開口部を提供する。集合的な垂直開口部はそれぞれ、移動軸500に対して平行な軸に沿って延在する。 Each of the upper and lower plates 356, 358 may include the same dimensions and features. For example, each of the upper and lower plates 356, 358 may include two transfer shaft openings 394a, 394b, 394c, 394d configured to receive a transfer shaft therein. When assembled, the first opening 334 of the first side frame 310 is aligned with the transfer shaft openings 394a, 394c, and the second opening 338 of the second side frame 312 is aligned with the transfer shaft openings 394b, 394d, providing left and right collective vertical openings each extending through each of the upper plate 356, the respective first and second side frames 310, 312, and the lower plate 358. Each of the collective vertical openings extends along an axis parallel to the axis of movement 500.

第1移動部開口部395が上板356の開口部394a、394bの間に延在し、対応する第2移動部開口部397が下板358の開口部394c、394dの間に延在する。移動部開口部395、397は、移動部を内部に受容し、移動部の自由移動を提供するように構成されてもよい。上部バンプ止め部390aは、上板356から延在して示され、下部バンプ止め部390bは下板358から延在する。バンプ止め部390a、390bは、移動部200の運動について物理的境界を提供してもよい。バンプ止め部390a、390bは、減速を遅くするために、FKMエラストマーなどの軟質エラストマー材料で作製されてもよい。 A first mover opening 395 extends between the openings 394a, 394b in the top plate 356, and a corresponding second mover opening 397 extends between the openings 394c, 394d in the bottom plate 358. The mover openings 395, 397 may be configured to receive the mover therein and provide free movement of the mover . An upper bump stop 390a is shown extending from the top plate 356, and a lower bump stop 390b extends from the bottom plate 358. The bump stops 390a, 390b may provide a physical boundary for the movement of the mover 200. The bump stops 390a, 390b may be made of a soft elastomeric material, such as an FKM elastomer, to slow deceleration.

上板356は、第1及び第2スタック搭載面392a、392bを含むように示されている。同様に、下板358は、第3及び第4のスタック搭載面392c、392dを含むように示されている。スタック搭載面392a、392bは、第1のコイルスタック410が搭載される表面を提供する。同様に、スタック搭載面392c、392dは、第2のコイルスタック412が搭載される表面を提供する。したがって、スタック取付表面392a、392b、392c、392dはそれぞれ、ねじ、ボルトなどを受容するためのねじ山を有するように構成され得る複数の開口部を含む。スタック搭載面392a、392b、392c、392dが上板及び下板356、358内に延在する寸法は、移動する移動部200と第1及び第2のコイルスタック410、412との間に所望のギャップ距離を提供するよう精密に機械加工されてもよい。 The top plate 356 is shown to include first and second stack mounting surfaces 392a, 392b. Similarly, the bottom plate 358 is shown to include third and fourth stack mounting surfaces 392c, 392d. The stack mounting surfaces 392a, 392b provide a surface upon which the first coil stack 410 is mounted. Similarly, the stack mounting surfaces 392c, 392d provide a surface upon which the second coil stack 412 is mounted. Accordingly, the stack mounting surfaces 392a, 392b, 392c, 392d each include a number of openings that may be configured with threads to receive screws, bolts, or the like. The dimensions that the stack mounting surfaces 392a, 392b, 392c, 392d extend into the top and bottom plates 356, 358 may be precisely machined to provide a desired gap distance between the moving transfer portion 200 and the first and second coil stacks 410, 412.

図8は、一実施形態に係る、第1のサイドフレーム310の垂直開口部334内に配設された2つのエアブッシング336a、336cを示す、第1のサイドフレーム310の斜視切欠図を示す。垂直開口部334内の2つのエアブッシング336a、336cを明らかにするために、第1のサイドフレーム310のみが図8に切り取られて示されているが、第2のサイドフレーム312も同じようにして2つのエアブッシング336を更に含んでもよい。したがって、以下のエアブッシング336a、336cの説明が、第2のサイドフレーム312内に位置する2つのエアブッシング336に適用可能である。 8 shows a perspective cutaway view of the first side frame 310 showing two air bushings 336a, 336c disposed within the vertical opening 334 of the first side frame 310 according to one embodiment. Although only the first side frame 310 is shown cut away in FIG. 8 to reveal the two air bushings 336a, 336c within the vertical opening 334, the second side frame 312 may similarly further include two air bushings 336. Thus, the following description of the air bushings 336a, 336c is applicable to the two air bushings 336 located within the second side frame 312.

図示するように、第1のサイドフレーム310の第1のエアブッシング336aは、開口部334の第1の上端部に近接して位置し、第2のエアブッシング336bは、開口部334の第2の下端部に近接して位置する。エアブッシング336a、336bはそれぞれ、エアブッシング336a、336bとフレームサブアセンブリ370との間のいくらかの移動が許容されるように適合されるようにして、開口部334内に設置されてもよい。この適合関係は、締まり嵌め又は圧入でエアブッシング336a、336bが開口部334内に挿入されることによって提供されてもよい。更に、エアブッシング336a、336bはそれぞれ、対応するエラストマー材料で作製されてもよく、エアブッシング336a、336bと開口部334(及びそれによってフレームサブアセンブリ370)との間にいくらかの適合を提供し得る複数のOリング372を含むとして示される。エアブッシング336a、336bはそれぞれ、手で開口部334に挿入することによって設置されてもよく、例えば、メンテナンスのために手で除去されてもよい。 As shown, the first air bushing 336a of the first side frame 310 is located adjacent to a first upper end of the opening 334, and the second air bushing 336b is located adjacent to a second lower end of the opening 334. The air bushings 336a, 336b may each be installed within the opening 334 in a manner adapted to allow some movement between the air bushings 336a, 336b and the frame subassembly 370. This fitting relationship may be provided by inserting the air bushings 336a, 336b into the opening 334 with an interference fit or press fit. Additionally, the air bushings 336a, 336b may each be made of a corresponding elastomeric material and are shown to include a number of O-rings 372 that may provide some fit between the air bushings 336a, 336b and the opening 334 (and thereby the frame subassembly 370). Each of the air bushings 336a, 336b may be installed by manually inserting it into the opening 334 and may be manually removed, for example, for maintenance.

エアブッシング336a、336bは、中空円筒形状をそれぞれ有する。エアブッシング336a、336bは、それぞれ、異なる材料で作製された外側本体374と、内側本体378とを含む。内側本体が空気に対して透過性のある多孔質体である一方で、外側本体374は、空気受容ポート開口部376を通る以外は空気に対して不透過性である。これにより、空気は、それぞれの空気受容ポート開口部376を通って、エアブッシング336a、336bのそれぞれに受容される。次いで、この空気は多孔質内側本体378を通って輸送される。外側本体374は空気に対して不透過性であり、空気受容ポート開口部376によって受容された空気が外側本体374を通って漏れ出ることを防止するため、受容された空気は、多孔質内側本体378を通ってのみ強制的に逃がされ、それによって、多孔質内側本体378とその内部に受容された移動部のシャフトとの間に空気圧が生成される。多孔質内側本体378は、材料内の空気に透過性を作り出す多くの(数千個、数百万個など)のサブミクロン孔を含む。エアブッシング336a、336bが空気受容ポート開口部376を通って空気を受容するとき、エアブッシング336a、336bは、空気が内側本体378を通ってエアブッシング336a、336bの本体から逃れるため、エアブッシング336a、336bは、内部に受容された移動部のシャフトに対して360度の完全な非接触運動を提供するように構成されてもよい。 The air bushings 336a, 336b each have a hollow cylindrical shape. The air bushings 336a, 336b each include an outer body 374 and an inner body 378 made of different materials. The inner body is a porous body permeable to air, while the outer body 374 is impermeable to air except through the air receiving port openings 376. This allows air to be received into each of the air bushings 336a, 336b through the respective air receiving port openings 376. This air is then transported through the porous inner body 378. Since the outer body 374 is impermeable to air and prevents the air received by the air receiving port openings 376 from leaking out through the outer body 374, the received air is forced to escape only through the porous inner body 378, thereby generating air pressure between the porous inner body 378 and the shaft of the moving part received therein. The porous inner body 378 includes many (thousands, millions, etc.) sub-micron pores that create a permeability to air within the material. When the air bushings 336a, 336b receive air through the air receiving port opening 376, the air bushings 336a, 336b may be configured to provide full 360 degree non-contact movement for the shaft of a moving part received therein, as the air escapes the body of the air bushings 336a, 336b through the inner body 378.

切欠きに示されるように、第1のサイドフレーム310の空気供給開口部384は、フレームの本体を通って延在し、それぞれの受容ポート開口部376と直接位置合わせされる。圧力解放開口部386はまた、フレームの本体を通って延在し、ブッシング上の4つのOリング372のそれぞれの間の空間と整列される。第1のサイドフレーム310の本体内の圧力解放開口部386は、エアブッシング336a、336bの設置を容易にし、エアブッシング336a、336bの外側本体374と第1のサイドフレーム310の垂直開口部334の内壁との間の空気圧の蓄積を防止することができる。巻線420a、420b、420c、420d、420e、420f、426a、426b、426c、426d、426e、426f又は移動部200の磁石アレイ212のうちの少なくとも1つを冷却する目的で、ブッシング336a、336bに導入され、それぞれの受容ポートオプション376を通って、システムに戻される空気を再利用するために、第1のサイドフレーム310の垂直開口部334内から追加の開口部が設けられてもよい。 As shown in the cutaway, the air supply openings 384 of the first side frame 310 extend through the body of the frame and are directly aligned with the respective receiving port openings 376. Pressure relief openings 386 also extend through the body of the frame and are aligned with the spaces between each of the four O-rings 372 on the bushings. The pressure relief openings 386 in the body of the first side frame 310 can facilitate installation of the air bushings 336a, 336b and prevent the build-up of air pressure between the outer bodies 374 of the air bushings 336a, 336b and the inner walls of the vertical openings 334 of the first side frame 310. Additional openings may be provided from within the vertical opening 334 of the first side frame 310 to recycle air introduced into the bushings 336a, 336b and returned to the system through the respective receiving port options 376 for the purpose of cooling at least one of the windings 420a, 420b, 420c, 420d, 420e, 420f, 426a, 426b, 426c, 426d, 426e, 426f or the magnet array 212 of the moving part 200.

試験装置10及びリニアモーター100は、4つのエアブッシング336(第1及び第2のサイドフレーム310、312のそれぞれに2つ)を含むように示されているが、移動部200とコイルスタック410、412との間の磁気引力によって引き起こされる任意のクラッシング力に適応するために必要であれば、より多く又はより少ないエアブッシングが含まれてもよい。例えば、いくつかの実施形態は、2つのエアブッシングのみを必要とし得る。他の実施形態は、6つのエアブッシング(垂直開口部334、338のそれぞれに3つ)を必要とし得る。別の想到される実施形態では、1つ以上の追加のエアブッシングは、システムに対する追加のサスペンション支持を提供するために、移動部200から延在する試験体出力シャフト210を取り囲むように構成されてもよい。 Although the test fixture 10 and linear motor 100 are shown to include four air bushings 336 (two on each of the first and second side frames 310, 312), more or fewer air bushings may be included if necessary to accommodate any crushing forces caused by the magnetic attraction between the mover 200 and the coil stacks 410, 412. For example, some embodiments may require only two air bushings. Other embodiments may require six air bushings (three on each of the vertical openings 334, 338). In another contemplated embodiment, one or more additional air bushings may be configured to surround the test specimen output shaft 210 extending from the mover 200 to provide additional suspension support for the system.

図9は、一実施形態に係る、図1及び3のリニアモーター100の移動部200の斜視図を示す。移動部200は、磁石アレイ212が移動軸500の方向に上端板220と底端板222との間に延在する磁石フレーム214を含む。上端板220及び底端板222は、磁石フレーム214及び磁石アレイ212を第1の側エアブッシングシャフト230及び第2の側方エアブッシングシャフト232に接続、取り付け、又は別の方法で組み立てるように構成されている。第1及び第2の側方エアブッシングシャフト230、232もまた、移動軸500に延在する。第1及び第2の側方エアブッシングシャフト230、232は、円筒形シャフトとして示されている。第1及び第2の側方エアブッシングシャフト230、232は、第1及び第2の開口部内のエアブッシング336の内側寸法に対して厳しい寸法公差を有する。 FIG. 9 shows a perspective view of the moving part 200 of the linear motor 100 of FIGS. 1 and 3 according to one embodiment. The moving part 200 includes a magnet frame 214 with a magnet array 212 extending between a top end plate 220 and a bottom end plate 222 in the direction of the moving axis 500. The top end plate 220 and the bottom end plate 222 are configured to connect, attach or otherwise assemble the magnet frame 214 and the magnet array 212 to a first side air bushing shaft 230 and a second side air bushing shaft 232. The first and second side air bushing shafts 230, 232 also extend in the moving axis 500. The first and second side air bushing shafts 230, 232 are shown as cylindrical shafts. The first and second side air bushing shafts 230, 232 have tight dimensional tolerances with respect to the inner dimensions of the air bushings 336 in the first and second openings.

エアブッシング336は、サスペンションシステム300の移動部200とフレームサブアセンブリ370との間の無摩擦移動を提供するように構成されている。エアブッシング336は、エアブッシング336の内面と移動部200の空気ブッシュシャフト230、232との間に摺動又は転動摩擦を生ずることなく動作する。空気がエアブッシング336の内側本体378を強制的に通されると、移動部200のエアブッシングシャフト230、232は、空気を介して内側本体378の内面間の中間点まで強いられる。一実施形態では、エアブッシング230、232は、エアブッシング336が空気流を受け、システムが動作しているときに、エアブッシングシャフト230、232とエアブッシング336の内側本体378の内面との間に空間を提供するために、エアブッシング336の内面の内半径よりも3~5ミクロン小さい半径を有してもよい。一実施形態では、エアブッシングシャフト230、232は、エアブッシング336の内面よりも4ミクロン小さい半径(8ミクロン小さい直径)を有する。エアブッシングシャフト230、232とエアブッシング336との間に無摩擦及び/又は非接触移動システムを提供するよう、他の寸法も想到される。 The air bushing 336 is configured to provide frictionless movement between the moving part 200 and the frame subassembly 370 of the suspension system 300. The air bushing 336 operates without sliding or rolling friction between the inner surface of the air bushing 336 and the air bushing shafts 230, 232 of the moving part 200. When air is forced through the inner body 378 of the air bushing 336, the air bushing shafts 230, 232 of the moving part 200 are forced through the air to a midpoint between the inner surfaces of the inner body 378. In one embodiment, the air bushings 230, 232 may have a radius that is 3-5 microns smaller than the inner radius of the inner surface of the air bushing 336 to provide a space between the air bushing shafts 230, 232 and the inner surface of the inner body 378 of the air bushing 336 when the air bushing 336 receives the air flow and the system is operating. In one embodiment, the air bushing shafts 230, 232 have a radius that is 4 microns smaller (8 microns smaller diameter) than the inner surface of the air bushing 336. Other dimensions are contemplated to provide a frictionless and/or contactless movement system between the air bushing shafts 230, 232 and the air bushing 336.

上端板及び底端板220、222は、磁石フレーム214の幅よりも広い幅を有するように示されている。このより広い幅は、バンプ止め部390a、390bと係合する表面を提供する。更に、上端板及び底端板220、222は、磁石フレーム214との接続のためのボルト、ねじ、又は他の取り付け機構を受容する接続開口部234を含む。上端板及び底端板220、222をエアブッシングシャフト230、232に取り付けるために、他のボルト、ねじなどを受容するための様々な他の接続開口部が提供されてもよい。上端板及び底端板220、222は、第1の空間が第1のエアブッシングシャフト230と磁石フレーム214との間で移動軸500に対して平行に延在するように、且つ、同様に第2の空間が第2のエアブッシングシャフト232と磁石フレーム214との間で移動軸に対して平行に延在するように、第1及び第2の空気ブッシングシャフト230、232を磁石フレーム214に接続するよう示されている。これらの空間は、エアブッシング336の厚さ、及び垂直開口部334、338を取り囲む第1及び第2のサイドフレーム310、312の本体よりも大きくてもよい。したがって、エアブッシングシャフト230、323と磁石フレーム214との間のこれらの垂直空間により、サスペンションシステム300に対する移動部200の垂直移動を可能にしながら移動部200がサスペンションシステム300に接続されたままとなることを可能にする。 The top and bottom end plates 220, 222 are shown to have a width that is greater than the width of the magnet frame 214. This greater width provides a surface for engagement with the bump stops 390a, 390b. Additionally, the top and bottom end plates 220, 222 include connection openings 234 that receive bolts, screws, or other attachment mechanisms for connection to the magnet frame 214. Various other connection openings may be provided to receive other bolts, screws, etc. to attach the top and bottom end plates 220, 222 to the air bushing shafts 230, 232. The top and bottom end plates 220, 222 are shown connecting the first and second air bushing shafts 230, 232 to the magnet frame 214 such that a first space extends parallel to the axis of movement 500 between the first air bushing shaft 230 and the magnet frame 214, and similarly a second space extends parallel to the axis of movement between the second air bushing shaft 232 and the magnet frame 214. These spaces may be larger than the thickness of the air bushing 336 and the body of the first and second side frames 310, 312 surrounding the vertical openings 334, 338. Thus, these vertical spaces between the air bushing shafts 230, 323 and the magnet frame 214 allow the moving part 200 to remain connected to the suspension system 300 while allowing vertical movement of the moving part 200 relative to the suspension system 300.

図10は、一実施形態に係る、第1及び第2のエアブッシングシャフト230、232及び上端板及び底端板220、222との組み立て前の、図9の移動部200の磁石フレーム214を示す。磁石フレーム214は、L字形側部236とL字形右側238との間に延在する本体を含む。L字形左側及び右側236、238は、磁石フレーム214の垂直長さにわたって延在する。磁石フレーム214は、磁石アレイ212を受容するように構成された中央内の開口部である。磁石アレイ212の各磁石は、磁石を互いに固定するために、磁石アレイ212の縁部の周り及び各個々の磁石の縁部の周りのエポキシによって磁石フレーム214に取り付けられ得る。エポキシは、動作中に磁石が上昇する高温で劣化しない温度耐性エポキシであってもよい。他の実施形態では、磁石は、磁石フレーム214の突出部又はスロットと一体化されたタイル内のスロットを介してなど、機械的手段を介して磁石フレーム214に取り付けられてもよい。別の代替的又は追加的なアプローチ法は、磁石の縁部に沿って磁石フレーム214によって磁石を締める、圧縮する、又は別の方法でクランプするために、押しねじを利用することを含んでもよい。 FIG. 10 illustrates the magnet frame 214 of the traveler 200 of FIG. 9 prior to assembly with the first and second air bushing shafts 230, 232 and the top and bottom end plates 220, 222, according to one embodiment. The magnet frame 214 includes a body extending between an L-shaped side 236 and an L-shaped right side 238. The L-shaped left and right sides 236, 238 extend across the vertical length of the magnet frame 214. The magnet frame 214 is open in the center configured to receive the magnet array 212. Each magnet of the magnet array 212 may be attached to the magnet frame 214 by epoxy around the edges of the magnet array 212 and around the edges of each individual magnet to secure the magnets together. The epoxy may be a temperature resistant epoxy that does not degrade at the high temperatures to which the magnets rise during operation. In other embodiments, the magnets may be attached to the magnet frame 214 via mechanical means, such as via slots in a tile that are integrated with protrusions or slots in the magnet frame 214. Another alternative or additional approach may include utilizing set screws to tighten, compress, or otherwise clamp the magnet by the magnet frame 214 along the edges of the magnet.

サイドフレーム310、312のうちの1つに取り付けられた磁石380aのアレイもまたこの図に示されており、磁石380aのアレイと磁石フレーム214との間の近い寸法的関係が分かるようにサイドフレームが除去されている。アレイ磁石380aと磁石フレーム214との間のギャップは、システムが遮断されたときに所望の減衰力を提供するように最適化されてもよい。例えば、3mm、25mm、2mm、15mmのギャップが考えられる。渦電流との相互作用によって所望の減衰量を達成する任意のギャップが想到される。 Also shown in this figure is an array of magnets 380a mounted on one of the side frames 310, 312, with the side frame removed to show the close dimensional relationship between the array of magnets 380a and the magnet frame 214. The gap between the array magnets 380a and the magnet frame 214 may be optimized to provide a desired damping force when the system is shut off. For example, gaps of 3 mm, 25 mm, 2 mm, 15 mm are contemplated. Any gap that achieves the desired amount of damping through interaction with eddy currents is contemplated.

図11は、一実施形態に係る、図10の磁石フレームの磁石アレイ212の一部分を示す。磁石アレイ212内の磁石のそれぞれの歪み及び寸法を示すために拡大されたいくつかの個々の磁石212a、212b、212c、212d、212e、212f、212gの図が示されている。磁石アレイ212内の磁石212a、212b、212c、212d、212e、212f、212gのそれぞれ(図11に示されるもの及び図の下に延在するものの両方)は、NdFeB磁石などの永久ネオ磁石であってもよい。磁石アレイ212内の磁石212a、212b、212c、212d、212e、212f、212gはそれぞれ、単一の角度などのわずかな角度で歪められて示されている。したがって、磁石212a、212b、212c、212d、212e、212f、212gは、平坦タイル磁石のそれぞれの底縁部及び上縁部が平坦タイル磁石の側縁部に直交しないような平行四辺形の形状を有してもよい。図示するように、磁石212a、212c、212eのそれぞれの左上縁部は、右上縁部よりも高い位置にある。同様に、磁石212b、212d、212f、212gのそれぞれの右上縁部は、左上縁部よりも高い。換言すれば、磁石の寸法は、磁石が磁石アレイ212の縁部よりも磁石アレイ212の中央に近づくにつれて小さくなる。磁石が磁石アレイ212の縁部よりも磁石アレイ212の中央に近づくにつれて磁石の寸法が大きくなるように、この歪みが反転させられてもよい。歪みは、単一度、2度、3度の任意の適切な量であってもよく、ステータアセンブリ400によって生成された磁場との相互作用中にコギング力を低減するように最適化されてもよい。 11 illustrates a portion of the magnet array 212 of the magnet frame of FIG. 10, according to one embodiment. A view of several individual magnets 212a, 212b, 212c, 212d, 212e, 212f, 212g is shown enlarged to show the distortion and size of each of the magnets in the magnet array 212. Each of the magnets 212a, 212b, 212c, 212d, 212e, 212f, 212g in the magnet array 212 (both those shown in FIG. 11 and those extending below the view) may be permanent neo-magnets, such as NdFeB magnets. Each of the magnets 212a, 212b, 212c, 212d, 212e, 212f, 212g in the magnet array 212 is shown distorted at a slight angle, such as a single angle. Thus, magnets 212a, 212b, 212c, 212d, 212e, 212f, 212g may have a parallelogram shape such that the bottom and top edges of each of the flat tile magnets are not perpendicular to the side edges of the flat tile magnets. As shown, the top left edge of each of magnets 212a, 212c, 212e is higher than the top right edge. Similarly, the top right edge of each of magnets 212b, 212d, 212f, 212g is higher than the top left edge. In other words, the magnets are smaller as they approach the center of magnet array 212 than the edges of magnet array 212. This distortion may be reversed so that the magnets are larger as they approach the center of magnet array 212 than the edges of magnet array 212. The distortion may be any suitable amount, such as single degree, two degrees, or three degrees, and may be optimized to reduce cogging forces during interaction with the magnetic field generated by the stator assembly 400.

例示的な実施形態では、各磁石の幅は、50~100mmであってもよく、高さは10~50mmであってもよい。各磁石の厚さは、10~22mmであってもよい。例示的な一実施形態では、磁石は、70mmの幅、28mmの高さ、及び18mmの厚さを有してもよい。これらの寸法は、磁石アレイ212によって要求される力出力に応じて変更されてもよい。 In an exemplary embodiment, the width of each magnet may be 50-100 mm and the height may be 10-50 mm. The thickness of each magnet may be 10-22 mm. In one exemplary embodiment, the magnets may have a width of 70 mm, a height of 28 mm, and a thickness of 18 mm. These dimensions may be modified depending on the force output required by the magnet array 212.

図12は、一実施形態に係る、図1及び3のリニアモーター100の第1のコイルサブアセンブリ414の斜視図を示す。図示されていないが、第2のコイルサブアセンブリ418は、第1のコイルサブアセンブリ414と同じ特徴及び寸法を共有してもよい。コイルサブアセンブリ414は、6つの別個の巻線420a、420b、420c、420d、420e、420f(一般に420)がそれぞれ巻かれて、第1のコイルスタック410を生成する6つの別個の極418a、418b、418c、418d、418e、418f(一般に418)を有する第1のラミネートされた磁気コア422を含むよう示されている。ラミネートされた磁気コア422は、各側のスタックプレスバーによって一緒に保持された多くのラミネーションを含んでもよい。ラミネートされた磁石コア422は、例えばM19電磁鋼よりなる200個のラミネーション(金属シート)を含んでもよい。ラミネーションは、冷却を促進するために、ラミネートされた磁石コア422の表面積を増加させることができるフィン428を含んでもよい。例示的な実施形態では、6つの別個の極418a、418b、418c、418d、418e、418f間の極間隔は、20~60mmであってもよい。一実施形態では、極間隔は38mmであってもよい。いくつかの実施形態では、極間隔は、極418a、418b、418c、418d、418e、418fのそれぞれの間で等しくてもよい。他の実施形態では、異なる極間隔が、熱分布、磁場出力などを最適化するのに有利であり得る。例示的な実施形態では、極418a、418b、418c、418d、418e、418fの厚さは、10~20mmであってもよい。一実施形態では、極厚は15.8mmであってもよい。6つの別個の巻線420a、420b、420c、420d、420e、420fは、例えば16AWG丸形ワイヤで作製されてもよく、168ターンを含んでもよい。巻線420a、420b、420c、420d、420e、420fはそれぞれ、1層当たり28ターンを有する6つの層を含んでもよい。コイルボビン440a、440b、440c、440d、440e、440f(一般に、コイルボビン440)は、極418a、418b、418c、418d、418e、418fのそれぞれに更に含まれてもよい。コイルボビン440a、440b、440c、440d、440e、440fは、以下で説明され、図14に示される。 12 shows a perspective view of the first coil subassembly 414 of the linear motor 100 of FIGS. 1 and 3 according to one embodiment. Although not shown, the second coil subassembly 418 may share the same features and dimensions as the first coil subassembly 414. The coil subassembly 414 is shown to include a first laminated magnetic core 422 having six separate poles 418a, 418b, 418c, 418d, 418e, 418f (generally 418) around which six separate windings 420a, 420b, 420c, 420d, 420e, 420f (generally 420) are wound respectively to create the first coil stack 410. The laminated magnetic core 422 may include many laminations held together by stack press bars on each side. The laminated magnet core 422 may include, for example, 200 laminations (metal sheets) of M19 magnetic steel. The laminations may include fins 428 that may increase the surface area of the laminated magnet core 422 to facilitate cooling. In an exemplary embodiment, the pole spacing between the six separate poles 418a, 418b, 418c, 418d, 418e, 418f may be 20-60 mm. In one embodiment, the pole spacing may be 38 mm. In some embodiments, the pole spacing may be equal between each of the poles 418a, 418b, 418c, 418d, 418e, 418f. In other embodiments, different pole spacing may be advantageous to optimize heat distribution, magnetic field output, etc. In an exemplary embodiment, the thickness of the poles 418a, 418b, 418c, 418d, 418e, 418f may be 10-20 mm. In one embodiment, the pole thickness may be 15.8 mm. The six separate windings 420a, 420b, 420c, 420d, 420e, 420f may be made of, for example, 16 AWG round wire and may include 168 turns. The windings 420a, 420b, 420c, 420d, 420e, 420f may each include six layers with 28 turns per layer. A coil bobbin 440a, 440b, 440c, 440d, 440e, 440f (generally, coil bobbin 440) may further be included with each of the poles 418a, 418b, 418c, 418d, 418e, 418f. Coil bobbins 440a, 440b, 440c, 440d, 440e, and 440f are described below and shown in FIG. 14.

図13は、一実施形態に係る、図12のコイルサブアセンブリ414の一部の側面図を示す。極418a、418b、418c、418d、418e、418f上に巻かれた後、巻線420a、420b、420c、420d、420e、420fの間にはギャップ430が存在してもよい。ギャップ430は、冷却気流がそこを通って移動することを可能にし得る。ギャップ430はそれぞれ、数mmの厚さを有してもよい。例えば、巻線420a、420b、420c、420d、420e、420fのそれぞれの間で4.5のギャップ厚さが想到される。ギャップ厚さは、例えば、3~10mmであってもよい。他の実施形態では、ギャップ厚さは、以下に記載され、図15に示されるようにポッティング材料によって充填されてもよい。 Figure 13 shows a side view of a portion of the coil subassembly 414 of Figure 12, according to one embodiment. After being wound on the poles 418a, 418b, 418c, 418d, 418e, 418f, there may be gaps 430 between the windings 420a, 420b, 420c, 420d, 420e, 420f. The gaps 430 may allow cooling airflow to travel therethrough. The gaps 430 may each have a thickness of several mm. For example, a gap thickness of 4.5 is contemplated between each of the windings 420a, 420b, 420c, 420d, 420e, 420f. The gap thickness may be, for example, 3-10 mm. In other embodiments, the gap thickness may be filled with a potting material as described below and shown in Figure 15.

図14は、一実施形態に係る、一体型冷却フィン448a、448b、448c、448d、448e、448fを有するコイルボビン440のうちの1つの斜視図を示す。コイルボビン440は、ベース444から延在する本体442を含む。本体442は、極418のうちの1つを取り囲み、受容するように寸法決めされた開口部446を囲んで形成する略矩形断面を含む。コイルボビン440は、本体442から延在する複数のフィン448a、448b、448c、448d、448e、448fを更に含む。巻回ギャップ450a、450bは、複数のフィン448a、448b、448c、448d、448e、448fの間に位置してもよい。巻回ギャップにより、巻線420のワイヤがコイルボビン440の各セクションの間に巻かれることが可能になる。コイルボビン440のフィン448a、448b、448c、448d、448e、448fは、巻線420を通ってコイル間の力対流領域内へと延在するのに十分な高さであってもよい。これにより、コイルボビン440は、巻線420からの熱の伝導を増加させるのに役立つことができる。フィン448a、448b、448c、448d、448e、448fは、強制対流のために利用可能な表面積を更に増加させることができる。 14 illustrates a perspective view of one of the coil bobbins 440 having integral cooling fins 448a, 448b, 448c, 448d, 448e, 448f according to one embodiment. The coil bobbin 440 includes a body 442 extending from a base 444. The body 442 includes a generally rectangular cross-section that surrounds and defines an opening 446 sized to surround and receive one of the poles 418. The coil bobbin 440 further includes a number of fins 448a, 448b, 448c, 448d, 448e, 448f extending from the body 442. Winding gaps 450a, 450b may be located between the fins 448a, 448b, 448c, 448d, 448e, 448f. The winding gaps allow the wire of the winding 420 to be wound between the sections of the coil bobbin 440. The fins 448a, 448b, 448c, 448d, 448e, 448f of the coil bobbin 440 may be of sufficient height to extend through the winding 420 into the forced convection area between the coils. This allows the coil bobbin 440 to help increase the conduction of heat from the winding 420. The fins 448a, 448b, 448c, 448d, 448e, 448f can further increase the surface area available for forced convection.

図15は、一実施形態に係る、ヒートパイプ475及びそれに取り付けられた追加の冷却フィン470を有する図12のコイルサブアセンブリ414の斜視図を示す。この実施形態は、コイルボビン440に加えて、又は代替として適用されてもよい。この実施形態では、ポッティング材料460a、460b、460c、460d、460eは、巻線420a、420b、420c、420d、420e、420f間のギャップの各々内に含まれてもよい。4つのヒートパイプ475ギャップの各々内のポッティング材料から延在して示されている。例えば、4つのヒートパイプ475aが巻線の上部ギャップ間の左側から延在し、4つのヒートパイプ475bが第2のギャップ間の左側から延在し、4つのヒートパイプ475cが第3のギャップ間の左側から延在し、4つのヒートパイプ475dが第4のギャップ間の左側から延在し、4つのヒートパイプ475eが第5のギャップ間の左側から延在する。同様に、4つのヒートパイプ475fが巻線の上部ギャップ間の右側から延在し、4つのヒートパイプ475gが第2のギャップ間の右側から延在し、4つのヒートパイプ475hが第3のギャップ間の右側から延在し、4つのヒートパイプ475iが第4のギャップ間の右側から延在し、4つのヒートパイプ475jが第5のギャップ間の右側から延在する。いくつかの実施形態では、左側及び右側からそれぞれ延在するヒートパイプ475a及び475fは、同じ構成要素(すなわち、両方向に延在する単一のヒートパイプ)であってもよい。ヒートパイプは、巻線420から、各側に位置する複数の冷却フィン470a、470bに熱を伝達するように構成されてもよい。図示するように、左側及び右側のそれぞれは、8つの冷却フィン470を含む。冷却フィン470は、冷却のための増加した表面積を提供することができる。この実施形態では、巻線420の間のギャップ中に空気を強制的に通すことの代わりに又はそれに加えて、冷却空気は、冷却フィン470及びラミネートされた磁石コア422のフィン428を横切って吹き付けられるように構成される。 15 shows a perspective view of the coil subassembly 414 of FIG. 12 with a heat pipe 475 and additional cooling fins 470 attached thereto, according to one embodiment. This embodiment may be applied in addition to or as an alternative to the coil bobbin 440. In this embodiment, potting material 460a, 460b, 460c, 460d, 460e may be included within each of the gaps between the windings 420a, 420b, 420c, 420d, 420e, 420f. Four heat pipes 475 are shown extending from the potting material within each of the gaps. For example, four heat pipes 475a extend from the left side between the top gaps of the windings, four heat pipes 475b extend from the left side between the second gaps, four heat pipes 475c extend from the left side between the third gaps, four heat pipes 475d extend from the left side between the fourth gaps, and four heat pipes 475e extend from the left side between the fifth gaps. Similarly, four heat pipes 475f extend from the right side between the top gaps of the windings, four heat pipes 475g extend from the right side between the second gaps, four heat pipes 475h extend from the right side between the third gaps, four heat pipes 475i extend from the right side between the fourth gaps, and four heat pipes 475j extend from the right side between the fifth gaps. In some embodiments, the heat pipes 475a and 475f extending from the left and right sides, respectively, may be the same component (i.e., a single heat pipe extending in both directions). The heat pipes may be configured to transfer heat from the windings 420 to a number of cooling fins 470a, 470b located on each side. As shown, each of the left and right sides includes eight cooling fins 470. The cooling fins 470 may provide increased surface area for cooling. In this embodiment, instead of or in addition to forcing air through the gaps between the windings 420, the cooling air is configured to be blown across the cooling fins 470 and the fins 428 of the laminated magnet core 422.

図16は、一実施形態に係る、図1及び3のリニアモーター100の三相モーターの電気的概略図を示し、e、e、e3は、3つのそれぞれの電流i、i、i、したがってモーターの力出力を制御するために増幅器によって駆動される電圧である。インダクタL11、L22、L33は、各相の抵抗Rに対して直列に存在する。 1 and 3, where e1 , e2 , e3 are voltages driven by amplifiers to control the three respective currents i1 , i2 , i3 and therefore the force output of the motor. Inductors L11 , L22 , L33 are in series with the resistance R of each phase.

リニアモーター100の三相モーターを使用して、移動部の加速度を、以下のように定義することができる。
m×”(t)=-k×(t)-bx’(t)+NBL(t)+NBL(t)+NBL(t)-mg
式中、mは移動部の質量であり、x”(t)は移動部の加速度であり、kは、システムのばね定数(移動部が接続された試験材料のばね定数に関連し、又は移動部が試験材料に接続されていない場合にはゼロ)であり、bは減衰定数であり、x(t)は移動部の位置であり、x’(t)は移動部の速度であり、モーター力/逆EMF定数のアレイであり、位相ごとに各位相120°離れており、iは相a、b、及びcのそれぞれの電流である。
第1の脚部の電圧は、以下のように定義することができる。
(t)=L11 (t)+L12 (t)+L13 (t)+R(t)+x’(t)NBL
式中、e1[t]は第1の位相の電圧であり、L11は、第1の相のインダクタによって誘導される第1の位相におけるインダクタンスであり、L12は、第2の位相のインダクタによって誘導される第1の位相におけるインダクタンスであり、L13は、第3の位相のインダクタによって誘導される第1の位相におけるインダクタンスであり、i’(t)、i(t)、及びi(t)は、相a、b、cにおける電流の変化であり、Rは各個々の位相の抵抗である。同様に、第2及び第3の脚部の電圧は、以下のように定義することができる。
(t)=L21 (t)+L22 (t)+L23 (t)+R(t)+x’(t)NBL
(t)=L31 (t)+L32 (t)+L33 (t)+R(t)+x’(t)NBL
移動部に移動が存在する限り、3つの脚(e(t)、e(t)、e(t))の電圧がゼロに切断される場合であっても、移動部が移動しているため、各電圧式におけるx’(t)NBLの項はゼロにならない。これは、EMFが、これらx’(t)NBLの項によって生成され、電流変化、したがって加速度式に従ってその運動に抵抗する力をもたらすことを示す。したがって、3つの位相モーター、及び移動部の移動は、各位相における電流が切断又は短絡された場合に、本明細書で上述した渦電流磁石システムに加えて移動部の移動を更に遅くする減衰力を生成するように構成される。
Using the three-phase motor of the linear motor 100, the acceleration of the moving part can be defined as follows:
m×"(t)=-k×(t)-bx'(t)+NBL 1 i 1 (t)+NBL 2 i 2 (t)+NBL 3 i 3 (t)-mg
where m is the mass of the moving part , x″(t) is the acceleration of the moving part , k is the spring constant of the system (related to the spring constant of the test material to which the moving part is connected, or zero if the moving part is not connected to the test material), b is the damping constant, x(t) is the position of the moving part , x′(t) is the velocity of the moving part , an array of motor force/back EMF constants, each 120° apart for each phase, and i is the current in each of phases a, b, and c.
The voltage on the first leg can be defined as:
e1 (t)= L11i'1 ( t )+L12i'2(t)+L13i'3 ( t ) + R1i1 ( t ) +x'(t) NBL1
where e1[t] is the voltage of the first phase, L11 is the inductance in the first phase induced by the first phase inductor, L12 is the inductance in the first phase induced by the second phase inductor, L13 is the inductance in the first phase induced by the third phase inductor, i1 '(t), i2 (t), and i3 (t) are the changes in current in phases a, b, c, and R is the resistance of each individual phase. Similarly, the voltages in the second and third legs can be defined as follows:
e2 (t) = L21i1 ' (t ) + L22i2 ' (t) + L23i3 ' ( t ) + R2i2 ( t ) + x'(t) NBL2
e3 (t) = L31i1 ' (t ) + L32i2 ' (t ) + L33i3 ' ( t ) + R3i3 (t) + x'(t) NBL3
As long as there is movement in the moving part , even if the voltages on the three legs ( e1 (t), e2 (t), e3 (t)) are cut to zero, the x'(t)NBL terms in each voltage equation will not become zero because the moving part is moving. This shows that EMFs are generated by these x'(t)NBL terms, which result in a force resisting the current change and therefore its motion according to the acceleration equation. Thus, the three phase motor, and the movement of the moving part , is configured to generate a damping force that further slows down the movement of the moving part in addition to the eddy current magnet system described herein above, when the current in each phase is cut or shorted.

したがって、本発明の実施形態は、移動部に物理的に触れることなく、且つ、その間で摺動することなく、及び/又は転動摩擦を伴うことなく、移動部の可動域を支持するサスペンションシステムを含んでもよい。例えば、サスペンションシステムは、移動部に物理的に触れることなく、ステータアセンブリに対する一次元の移動部の移動を促進するように構成されてもよい。一実施形態又は実装では、エアブッシングは、動作中にサスペンションシステムが機械的又は構造的に接続される、取り付けられる、又は移動部に触れることなく、一次元に(単一の移動軸に沿って前後に)移動部(ストローク長さ)の可動域を提供、支持、又は他の方法で促進することができる。サスペンションシステムは、この一次元において、又は、この1つの移動軸に沿って移動部の移動を制限するか、又は少なくとも実質的に移動を制限するように構成されてもよい(エアブッシングが対応し、別の次元で非常に小さいコンプライアンス度を可能にする場合)。 Thus, embodiments of the present invention may include a suspension system that supports the range of motion of the moving parts without physically touching the moving parts and without sliding therebetween and/or without rolling friction. For example, the suspension system may be configured to facilitate the movement of the moving parts in one dimension relative to the stator assembly without physically touching the moving parts . In one embodiment or implementation, an air bushing may provide, support, or otherwise facilitate the range of motion of the moving parts (stroke length) in one dimension (back and forth along a single axis of motion) without the suspension system being mechanically or structurally connected, attached, or touching the moving parts during operation. The suspension system may be configured to limit, or at least substantially limit, the movement of the moving parts in this one dimension or along this one axis of motion (if the air bushing is compliant and allows a very small degree of compliance in another dimension).

例示的な実施形態では、機械的又は構造的接続がないことにより、動作中又は移動中にサスペンションシステムと移動部との間の接触摩擦を防止し、サスペンションシステムのエアブッシングと移動部のエアブッシングシャフトとの間に位置するエアギャップによって提供されてもよい。本明細書で想到されるサスペンションシステムは、単一の次元又は単一の移動軸に沿って構造的接触又は接続なしに移動部の精密な運動を維持するための支持システムを作り出す。本明細書で想到されるサスペンションシステムは、それにより、動作中及び移動中に移動部と間接的に機械的連通(例えば、エアギャップを介して)していると考えることができる。 In an exemplary embodiment, the absence of mechanical or structural connection prevents contact friction between the suspension system and the moving part during operation or movement, which may be provided by an air gap located between an air bushing of the suspension system and an air bushing shaft of the moving part . The suspension system contemplated herein creates a support system for maintaining precise motion of the moving part without structural contact or connection along a single dimension or single axis of movement. The suspension system contemplated herein may thereby be considered to be in indirect mechanical communication (e.g., via an air gap) with the moving part during operation and movement.

リニアモーター及び/又は材料試験装置又はシステムを動作させる方法も想到される。例えば、想到される方法は、多相ステータアセンブリと、多相ステータアセンブリに近接する移動部と、サスペンションシステムと、を有するリニアモーターを提供することを含む。この方法は、多相ステータアセンブリによって電力を受け取ることと、多相ステータアセンブリによる電力の受信後に、移動部を移動軸に沿って前後に移動させることと、移動部とサスペンションシステムとの間に摺動又は転動接触が行われないように、多相ステータアセンブリに対して移動部の移動を制御することによって、移動部をサスペンションシステムで支持することと、を含む。本方法は、三相リニアモーター及びステータアセンブリを利用して、磁気移動部を移動させる磁場を作り出すことを含む。方法は、移動軸に沿って、70mm、80mm、90mm、又は100mmより大きいストローク長さで移動軸に沿って移動部を前後に移動させることを含んでもよい。想到される方法は、相がA-B-C-A-B-Cの関係で交互になるように、ステータ内に極を配置することを含む。 Methods of operating a linear motor and/or material testing device or system are also contemplated. For example, contemplated methods include providing a linear motor having a multi-phase stator assembly, a moving part proximate the multi-phase stator assembly, and a suspension system. The method includes receiving power by the multi-phase stator assembly, moving the moving part back and forth along a movement axis after receiving power by the multi-phase stator assembly, and supporting the moving part with the suspension system by controlling the movement of the moving part relative to the multi-phase stator assembly such that there is no sliding or rolling contact between the moving part and the suspension system. The method includes utilizing a three-phase linear motor and a stator assembly to create a magnetic field that moves a magnetic moving part . The method may include moving the moving part back and forth along the movement axis with a stroke length greater than 70 mm, 80 mm, 90 mm, or 100 mm along the movement axis. Contemplated methods include arranging poles in the stator such that the phases alternate in an A-B-C-A-B-C relationship.

更なる想到される方法は、ステータアセンブリ、その上に平坦な磁石のアレイが配置されたステータアセンブリに近接する移動部、及びサスペンションシステムを提供することを含む。想到される方法は、ステータアセンブリによって電力を受け取ることと、ステータアセンブリによって生成された磁場に平坦な磁石のアレイを露出させることと、平坦な磁石のアレイによって、移動部内に前後運動を生成することと、移動部とサスペンションシステムとの間に摺動又は転動接触が行われないように、多相ステータアセンブリに対する移動部の移動を制御することによって、移動部をサスペンションシステムで支持することと、を含む。方法は、平坦磁石のアレイ内の平坦な磁石を.5度~5度のスキュー角で歪めることを更に含んでもよい。 A further contemplated method includes providing a stator assembly, a moving part proximate the stator assembly having an array of flat magnets disposed thereon, and a suspension system. The contemplated method includes receiving electrical power by the stator assembly, exposing the array of flat magnets to a magnetic field generated by the stator assembly, generating a back and forth motion in the moving part by the array of flat magnets, and supporting the moving part with the suspension system by controlling the movement of the moving part relative to the multi-phase stator assembly such that there is no sliding or rolling contact between the moving part and the suspension system. The method may further include skewing the flat magnets in the array of flat magnets at a skew angle of between 0.5 degrees and 5 degrees.

更に、想到される方法は、ステータアセンブリ、ステータアセンブリに近接する移動部、及びサスペンションシステムを提供することを含む。方法は、ステータアセンブリによって電力を受け取ることと、ステータアセンブリによる電力の受信後に移動部を移動軸に沿って前後に移動させることと、移動中にサスペンションシステムによって移動部に物理的に触れることなく移動部をサスペンションシステムで支持することと、を含む。方法は、サスペンションシステムによって、移動部とサスペンションシステムとの間の摺動又は転動接触なしに、且つ、移動部とステータアセンブリとの間の構造的接続なしに、サスペンションシステムに対する移動部の移動を可能にすることを含む。方法は、サスペンションシステムに少なくとも1つのエアブッシングを提供することを更に含んでもよい。方法は、エアブッシングによって、移動部とサスペンションシステムとの間の摺動又は転動接触なしに、サスペンションシステムに対する移動部の移動を可能にすることを含み得る。エアブッシングを用いる方法は、エアブッシングからの再利用空気を使用して、ステータアセンブリやその磁石などのリニアモーターの構成要素を冷却することを含み得る。 Further contemplated methods include providing a stator assembly, a moving part proximate the stator assembly, and a suspension system. The method includes receiving power by the stator assembly, moving the moving part back and forth along the axis of movement after receiving power by the stator assembly, and supporting the moving part on the suspension system without physically touching the moving part by the suspension system during movement. The method includes allowing the moving part to move relative to the suspension system without sliding or rolling contact between the moving part and the suspension system and without a structural connection between the moving part and the stator assembly by the suspension system. The method may further include providing at least one air bushing to the suspension system. The method may include allowing the moving part to move relative to the suspension system without sliding or rolling contact between the moving part and the suspension system by the air bushing. The method using the air bushing may include using recycled air from the air bushing to cool components of the linear motor, such as the stator assembly and its magnets.

想到される方法は、ステータアセンブリ、ステータアセンブリに近接する移動部、サスペンションシステム、及び磁気減衰システムを提供することを更に含む。方法は、ステータアセンブリによって電力を受け取ることと、ステータアセンブリによる電力の受信後に、移動部を移動軸に沿って前後に移動させることと、移動部とサスペンションシステムとの間で摺動接触又は転動が行われないように、ステータアセンブリに対する移動部の移動を制御することによって、移動部をサスペンションシステムで支持することと、ステータアセンブリへの電力を切断することと、リニアモーターへの電力が切断されたときに磁気減衰システムによって、移動部の移動の運動エネルギーを吸収することとを含む。減衰方法が三相リニアモーターなどの多相リニアモーターを用いる場合、方法は、位相のそれぞれへの電力を同時に切断し、生成された過電流を使用して移動部の動きを減衰させることを含み得る。方法は、システムのコイル間の移動部の移動を使用して、移動部の運動に抵抗する電流、したがって力を生成することを更に含む。 The envisaged method further comprises providing a stator assembly, a moving part adjacent to the stator assembly, a suspension system and a magnetic damping system. The method comprises receiving power by the stator assembly, moving the moving part back and forth along the axis of movement after receiving power by the stator assembly, supporting the moving part with the suspension system by controlling the movement of the moving part relative to the stator assembly such that there is no sliding contact or rolling between the moving part and the suspension system, disconnecting the power to the stator assembly, and absorbing the kinetic energy of the movement of the moving part by the magnetic damping system when the power to the linear motor is disconnected. If the damping method uses a multi-phase linear motor such as a three-phase linear motor, the method may comprise simultaneously disconnecting the power to each of the phases and using the generated eddy current to damp the movement of the moving part . The method further comprises using the movement of the moving part between the coils of the system to generate a current and therefore a force that resists the movement of the moving part .

本発明の実施形態は、例示を目的として本明細書に記載されてきたが、多くの修正及び変更が当業者には明らかとなるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨及び範囲内に含まれる、全てのそのような修正及び変更を包含することを意図する。 While embodiments of the present invention have been described herein for purposes of illustration, many modifications and changes will become apparent to those skilled in the art. It is therefore intended by the appended claims to cover all such modifications and changes that fall within the true spirit and scope of the invention.

本発明の様々な実施形態の説明は、例示を目的として提示されてきたが、網羅的であることも、開示される実施形態に限定されることも意図するものではない。例えば、本明細書に記載される実施形態におけるサスペンションシステム300と移動部200との間で任意の機械的接続及び取り付けがないことは、本明細書に記載される本発明のいくつかの実施形態に対する重要な発明概念であるが、他の発明の実施形態では、米国特許第6,405,599号に教示されているように、接続された又は取り付けられたサスペンションシステムに本明細書に記載される発明概念の他の態様を組み込むことが可能であり得る。例えば、本発明の実施形態は、米国特許第6,405,599号に記載されている取り付けられたフレクシャ構成要素サスペンションシステムと共に、本明細書に記載されるような多相又は三相リニアモーター、平坦な磁石アレイ移動部及び/又は減衰システムを利用することができる。説明した実施形態の範囲及び趣旨から逸脱することなく、多くの修正及び変形が当業者に明らかになるであろう。本明細書で使用される用語は、実施形態の原理や、市場に見られる技術に対する実用的な適用又は技術的改善を最良に説明し、又は当業者が本明細書に開示される実施形態を理解することを可能にするために選択されたものである。 The description of the various embodiments of the present invention has been presented for illustrative purposes, but is not intended to be exhaustive or limited to the disclosed embodiments. For example, the absence of any mechanical connection and attachment between the suspension system 300 and the moving part 200 in the embodiments described herein is a key inventive concept to some embodiments of the present invention described herein, but other inventive embodiments may be capable of incorporating other aspects of the inventive concepts described herein with a connected or attached suspension system as taught in U.S. Pat. No. 6,405,599. For example, embodiments of the present invention may utilize a multi-phase or three-phase linear motor, flat magnet array moving part and/or damping system as described herein, along with an attached flexure component suspension system as described in U.S. Pat. No. 6,405,599. Many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the described embodiments. The terms used herein are selected to best explain the principles of the embodiments, practical applications or technical improvements to the technology found in the market, or to enable those skilled in the art to understand the embodiments disclosed herein.

Claims (20)

試験装置であって、
ステータアセンブリと、移動部とを含むリニアモーターであって、前記移動部は、前記リニアモーターの動作によって前記ステータアセンブリに対して移動するように構成された試験体に機械的に結合可能である、当該リニアモーターと、
前記移動部の移動中に前記移動部に物理的に触れることなく、移動に垂直な軸に沿った前記ステータアセンブリに対する前記移動部の移動を促進するように構成されたサスペンションシステムであって、前記サスペンションシステムが、前記移動部と前記サスペンションシステムとの間の摺動又は転動接触なしに、前記サスペンションシステムに対する前記移動部の垂直な移動を可能にするように構成され垂直に配置された少なくとも1つのエアブッシングを含む、当該サスペンションシステムと、を備え、
前記リニアモーターおよび前記サスペンションシステムは、前記移動部の無摩擦なサスペンションと前記移動部の垂直な移動とを提供するように構成されている、
試験装置。
A test apparatus comprising:
a linear motor including a stator assembly and a moving portion , the moving portion being mechanically coupleable to a test body configured to move relative to the stator assembly by operation of the linear motor;
a suspension system configured to facilitate movement of the moving part relative to the stator assembly along an axis perpendicular to the movement without physically touching the moving part during its movement, the suspension system including at least one vertically arranged air bushing configured to enable vertical movement of the moving part relative to the suspension system without sliding or rolling contact between the moving part and the suspension system;
the linear motor and the suspension system are configured to provide frictionless suspension of the moving part and vertical movement of the moving part ;
Test equipment.
少なくとも1つのエアブッシングが、前記サスペンションシステムの開口部内に配置されている、請求項1に記載の試験装置。 The testing device of claim 1 , wherein at least one air bushing is disposed within an opening in the suspension system. 前記サスペンションシステムが、前記移動軸に対して平行な第1の軸に沿って延在する第1の開口部を有するフレーム本体を含み、
前記少なくとも1つのエアブッシングが、前記第1の開口部内に位置し、
前記移動部が、前記第1の開口部内に延在する第1のエアブッシングシャフトを含む、請求項2に記載の試験装置。
the suspension system includes a frame body having a first opening extending along a first axis parallel to the axis of movement;
the at least one air bushing is located within the first opening;
The testing device of claim 2 , wherein the moving portion includes a first air bushing shaft extending into the first opening.
前記少なくとも1つのエアブッシングが、前記第1の開口部の第1の端部に近接して位置する第1のエアブッシングと、前記第1の開口部の第2の端部に近接して位置する第2のエアブッシングと、を含む、請求項3に記載の試験装置。 The test apparatus of claim 3, wherein the at least one air bushing includes a first air bushing located adjacent to a first end of the first opening and a second air bushing located adjacent to a second end of the first opening. 前記フレーム本体が、前記移動軸に対して平行な第2の軸に沿って延在する第2の開口部を含み、
前記移動部が、前記第2の開口部内に延在する第2のエアブッシングシャフトを含み、
前記第2の開口部が、前記第2の開口部の第1の端部に近接して位置する第3のエアブッシングと、前記第2の開口部の第2の端部に近接して位置する第4のエアブッシングと、を含む、請求項4に記載の試験装置。
the frame body includes a second opening extending along a second axis parallel to the axis of movement;
the moving portion includes a second air bushing shaft extending into the second opening;
5. The testing apparatus of claim 4, wherein the second opening includes a third air bushing located proximate a first end of the second opening and a fourth air bushing located proximate a second end of the second opening.
前記少なくとも1つのエアブッシングが、前記エアブッシングと前記フレーム本体との間のいくらかの移動が許容されるように、柔軟な方法で前記フレーム本体の前記第1の開口部内に設置される、請求項3に記載の試験装置。 The test apparatus of claim 3, wherein the at least one air bushing is mounted in the first opening of the frame body in a flexible manner such that some movement between the air bushing and the frame body is permitted. 前記少なくとも1つのエアブッシングが、締まり嵌めで前記フレーム本体の前記第1の開口部内に着脱可能に取り付けられる、請求項3に記載の試験装置。 The test apparatus of claim 3, wherein the at least one air bushing is removably mounted within the first opening of the frame body with an interference fit. 前記少なくとも1つのエアブッシングが、中空円筒形状を有し、前記第1のエアブッシングシャフトが、前記少なくとも1つのエアブッシングの内半径より3~5ミクロン小さい半径を有する円筒形シャフトである、請求項7に記載の試験装置。 The test apparatus of claim 7, wherein the at least one air bushing has a hollow cylindrical shape and the first air bushing shaft is a cylindrical shaft having a radius 3 to 5 microns smaller than the inner radius of the at least one air bushing. 前記ステータアセンブリが、第1のコイルサブアセンブリ及び第2のコイルサブアセンブリを含み、
前記移動部が、前記第1のコイルサブアセンブリと前記第2のコイルサブアセンブリとの間に配置されて延在し、前記移動部が複数の永久磁石が上に配置された磁石フレームを含み、
前記第1のエアブッシングシャフトが、前記磁石フレームに対して平行に延在し、
前記磁石フレームの上側および底側に配置された上端板と底端板が、第1の空間が前記第1のエアブッシングシャフトと前記磁石フレームとの間で移動軸に対して平行に延在し、第2の空間が、前記第2のエアブッシングシャフトと前記磁石フレームとの間で前記移動軸に対して平行に延在するように、前記第1及び第2のエアブッシングシャフトを前記磁石フレームに接続し、
前記試験装置が、前記第1のコイルサブアセンブリ、前記第2のコイルサブアセンブリ及び前記移動部のコイルのうちの少なくとも1つを冷却する際に、少なくとも1つのエアブッシングを通る空気流を使用するように構成されたダクトシステムを更に備える、請求項5に記載の試験装置。
the stator assembly includes a first coil subassembly and a second coil subassembly;
the moving part is disposed and extends between the first coil subassembly and the second coil subassembly, the moving part including a magnet frame having a plurality of permanent magnets disposed thereon;
the first air bushing shaft extends parallel to the magnet frame;
a top end plate and a bottom end plate disposed on the top and bottom sides of the magnet frame connect the first and second air bushing shafts to the magnet frame such that a first space extends parallel to a movement axis between the first air bushing shaft and the magnet frame, and a second space extends parallel to the movement axis between the second air bushing shaft and the magnet frame;
6. The test apparatus of claim 5, further comprising a duct system configured to use air flow through at least one air bushing in cooling at least one of the first coil subassembly, the second coil subassembly, and the moving part coil.
前記移動部が、前記上端板及び前記底端板のうちの少なくとも1つから延在する試験体シャフトを含み、第5のエアブッシングは、前記試験体シャフトを包囲する、請求項に記載の試験装置。 The testing apparatus of claim 9 , wherein the travel portion includes a specimen shaft extending from at least one of the top end plate and the bottom end plate, and a fifth air bushing encircling the specimen shaft. リニアモーターであって、
電力を受け取るように構成されたステータアセンブリと、
前記ステータアセンブリに近接し、前記ステータアセンブリが電力を受け取ると、前記ステータアセンブリに対して移動するように構成された移動部と、
前記移動部の移動中に前記移動部に物理的に触れることなく、移動に垂直な軸に沿った前記ステータアセンブリに対する前記移動部の移動を促進するように構成されたサスペンションシステムであって、前記サスペンションシステムが、前記移動部と前記サスペンションシステムとの間の摺動又は転動接触なしに、前記サスペンションシステムに対する前記移動部垂直な移動を可能にするように構成され垂直に配置された少なくとも1つのエアブッシングを含む、当該サスペンションシステムと、を備え
前記リニアモーターおよび前記サスペンションシステムは、前記移動部の無摩擦なサスペンションと前記移動部の垂直な移動とを提供するように構成されている、
リニアモーター。
A linear motor,
a stator assembly configured to receive electrical power;
a moving part adjacent to the stator assembly and configured to move relative to the stator assembly when the stator assembly receives power;
a suspension system configured to facilitate movement of the moving part relative to the stator assembly along an axis perpendicular to the movement without physically touching the moving part during its movement, the suspension system including at least one vertically arranged air bushing configured to enable vertical movement of the moving part relative to the suspension system without sliding or rolling contact between the moving part and the suspension system ;
the linear motor and the suspension system are configured to provide frictionless suspension of the moving part and vertical movement of the moving part ;
Linear motor.
少なくとも1つのエアブッシングが、前記サスペンションシステムの開口部内に配置されている移動部移動部、請求項11に記載のリニアモーター。 12. The linear motor of claim 11, wherein at least one air bushing is disposed within an opening in the suspension system. 前記サスペンションシステムが、前記移動軸に対して平行な第1の軸に沿って延在する第1の開口部を有するフレーム本体を含み、
前記少なくとも1つのエアブッシングが、前記第1の開口部内に位置し、
前記移動部が、前記第1の開口部内に延在する第1のエアブッシングシャフトを含む、請求項12に記載のリニアモーター。
the suspension system includes a frame body having a first opening extending along a first axis parallel to the axis of movement;
the at least one air bushing is located within the first opening;
The linear motor of claim 12 , wherein the moving portion includes a first air bushing shaft that extends into the first opening.
前記少なくとも1つのエアブッシングが、前記第1の開口部の第1の端部に近接して位置する第1のエアブッシングと、前記第1の開口部の第2の端部に近接して位置する第2のエアブッシングと、を含む、請求項13に記載のリニアモーター。 The linear motor of claim 13, wherein the at least one air bushing includes a first air bushing located adjacent to a first end of the first opening and a second air bushing located adjacent to a second end of the first opening. 前記フレーム本体が、前記移動軸に対して平行な第2の軸に沿って延在する第2の開口部を含み、
前記移動部が、前記第2の開口部内に延在する第2のエアブッシングシャフトを含み、
前記第2の開口部が、前記第2の開口部の第1の端部に近接して位置する第3のエアブッシングと、前記第2の開口部の第2の端部に近接して位置する第4のエアブッシングと、を含む、請求項14に記載のリニアモーター。
the frame body includes a second opening extending along a second axis parallel to the axis of movement;
the moving portion includes a second air bushing shaft extending into the second opening;
15. The linear motor of claim 14, wherein the second opening includes a third air bushing located proximate a first end of the second opening and a fourth air bushing located proximate a second end of the second opening.
前記少なくとも1つのエアブッシングが、前記エアブッシングと前記フレーム本体との間のいくらかの移動が許容されるように、柔軟な方法で前記フレーム本体の前記第1の開口部内に設置される、請求項13に記載のリニアモーター。 The linear motor of claim 13, wherein the at least one air bushing is mounted within the first opening of the frame body in a flexible manner such that some movement between the air bushing and the frame body is permitted. 前記少なくとも1つのエアブッシングが、締まり嵌めで前記フレーム本体の前記第1の開口部内に着脱可能に取り付けられる、請求項13に記載のリニアモーター。 The linear motor of claim 13, wherein the at least one air bushing is removably mounted within the first opening of the frame body with an interference fit. 前記少なくとも1つのエアブッシングが、中空円筒形状を有し、前記第1のエアブッシングシャフトが、前記少なくとも1つのエアブッシングの内半径より3~5ミクロン小さい半径を有する円筒形シャフトである、請求項17に記載のリニアモーター。 The linear motor of claim 17, wherein the at least one air bushing has a hollow cylindrical shape and the first air bushing shaft is a cylindrical shaft having a radius 3 to 5 microns smaller than the inner radius of the at least one air bushing. 前記ステータアセンブリが、第1のコイルサブアセンブリ及び第2のコイルサブアセンブリを含み、
前記移動部が、前記第1のコイルサブアセンブリと前記第2のコイルサブアセンブリとの間に配置されて延在し、前記移動部が複数の永久磁石が上に配置された磁石フレームを含み、
前記第1のエアブッシングシャフトが、前記磁石フレームに対して平行に延在し、
上端板と底端板が、第1の空間が前記第1のエアブッシングシャフトと前記磁石フレームとの間で移動軸に対して平行に延在し、第2の空間が、前記第2のエアブッシングシャフトと前記磁石フレームとの間で移動軸に対して平行に延在するように、前記第1及び第2のエアブッシングシャフトを前記磁石フレームに接続し、
前記リニアモーターが、前記第1のコイルサブアセンブリ、前記第2のコイルサブアセンブリ及び前記移動部のコイルのうちの少なくとも1つを冷却する際に、少なくとも1つのエアブッシングを通る空気流を使用するように構成されたダクトシステムを更に備える、請求項15に記載のリニアモーター。
the stator assembly includes a first coil subassembly and a second coil subassembly;
the moving part is disposed and extends between the first coil subassembly and the second coil subassembly, the moving part including a magnet frame having a plurality of permanent magnets disposed thereon;
the first air bushing shaft extends parallel to the magnet frame;
a top end plate and a bottom end plate connect the first and second air bushing shafts to the magnet frame such that a first space extends parallel to a movement axis between the first air bushing shaft and the magnet frame, and a second space extends parallel to a movement axis between the second air bushing shaft and the magnet frame;
16. The linear motor of claim 15, further comprising a duct system configured to use air flow through at least one air bushing in cooling at least one of the first coil subassembly, the second coil subassembly, and a coil of the moving part .
方法であって、
ステータアセンブリ、ステータアセンブリに近接する移動部、及びサスペンションシステムを提供することであって、前記サスペンションシステムが、前記移動部と前記サスペンションシステムとの間の摺動又は転動接触なしに、前記サスペンションシステムに対する前記移動部の垂直な移動を可能にするように構成され垂直に配置された少なくとも1つのエアブッシングを含む、当該提供することと、
前記ステータアセンブリによって電力を受け取ることと、
前記ステータアセンブリにより電力を受け取った後、前記ステータアセンブリに対して前記移動部を移動に垂直な軸に沿って前後に移動させることと、
無摩擦な態様で前記リニアモーターとサスペンションシステムとを支持すること、
前記移動部の移動中に前記移動部に物理的に触れることなく、且つ、前記移動部と前記サスペンションシステムとの間の摺動又は転動接触なしに、前記移動部を前記サスペンションシステムで支持することと、を含む、方法。
1. A method comprising:
providing a stator assembly, a moving part adjacent to the stator assembly, and a suspension system, the suspension system including at least one vertically disposed air bushing configured to allow vertical movement of the moving part relative to the suspension system without sliding or rolling contact between the moving part and the suspension system;
receiving electrical power by the stator assembly;
moving the moving part back and forth along an axis perpendicular to the movement of the moving part relative to the stator assembly after receiving power by the stator assembly;
supporting the linear motor and suspension system in a frictionless manner;
supporting the moving part with the suspension system without physically touching the moving part during movement of the moving part and without sliding or rolling contact between the moving part and the suspension system .
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